उच्च-दीप्ति संचालन के लिए चार साल के उन्नयन हेतु CERN ने LHC बंद किया

दुनिया का सबसे प्रसिद्ध कण-कोलाइडर अपने अगले चरण में प्रवेश कर रहा है

CERN ने लगभग 18 वर्षों के संचालन के बाद Large Hadron Collider को बंद कर दिया है, जिससे आधुनिक भौतिकी के एक अध्याय का अंत हुआ है और एक बड़े पुनर्निर्माण की शुरुआत हुई है, जिसका उद्देश्य मशीन के वैज्ञानिक जीवन को अगले दशक तक बढ़ाना है। यह कोलाइडर सामान्य अर्थ में सेवानिवृत्त नहीं किया जा रहा है। इसके बजाय, इसे High-Luminosity LHC में बदला जा रहा है, जो एक उन्नत संस्करण है और जिसके 2030 में मौजूदा मशीन की तुलना में 10 गुना तक luminosity के साथ संचालन शुरू करने की योजना है।

इसलिए यह बंद होना अंत से अधिक एक रणनीतिक विराम है। CERN के अधिकारी इस क्षण को 2008 से शोधकर्ताओं द्वारा ज्ञात LHC से एक ऐसे काफी बेहतर उपकरण में संक्रमण के रूप में देख रहे हैं, जो कहीं अधिक कण-टक्करों का उत्पादन कर सके और उनसे कहीं अधिक डेटा जुटा सके। एक ऐसी मशीन के लिए जिसने पहले ही इस सदी की सबसे बड़ी वैज्ञानिक खोजों में से एक में केंद्रीय भूमिका निभाई है, यह एक महत्वपूर्ण हस्तांतरण है।

CERN अभी क्यों रोक रहा है

मूल पाठ इस कदम को चार साल की उन्नयन अवधि के रूप में वर्णित करता है, जो फ्रांस-स्विस सीमा के साथ कोलाइडर की मौजूदा 17 मील, या 27 किलोमीटर, की रिंग के भीतर व्यापक हार्डवेयर पुनर्निर्माण पर केंद्रित है। कर्मचारी अगली पीढ़ी के चुंबक लगाएंगे, जिन्हें प्रोटॉन बीम के फोकस को और तीक्ष्ण बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इस बदलाव का उद्देश्य टक्कर दर, यानी luminosity, को नाटकीय रूप से बढ़ाना है, जो कोलाइडर भौतिकी में यह तय करती है कि प्रयोग समय के साथ कितनी अंतःक्रियाएँ देख सकते हैं।

अधिक luminosity का मतलब LHC को पूरी तरह अलग सुरंग या किसी नए स्थान से बदलना नहीं है। रिंग वही रहती है। जो बदलता है वह उसके भीतर की प्रणालियों की परिष्कृति और detector अवसंरचना है, जिसे घटनाओं की बहुत घनी धारा से निपटना होगा। CERN के अधिकारी मूल रूप से मशीन के प्रदर्शन दायरे को पुनर्निर्मित कर रहे हैं, जबकि उस व्यापक संरचना को बनाए रख रहे हैं जिसने मूल कोलाइडर को संभव बनाया था।

यह उन्नयन LHC के प्रमुख detector तक भी फैलेगा। मूल पाठ के अनुसार, ATLAS और CMS detector को इस तरह पुनर्निर्मित किया जाएगा कि वे प्रति सेकंड 5 अरब से अधिक अंतःक्रियाओं की निगरानी कर सकें और सबसे दिलचस्प टक्करों को गहन विश्लेषण के लिए चुन सकें। यह कदम आवश्यक है क्योंकि अधिक टक्करों का वैज्ञानिक लाभ तभी है जब उपकरण उत्पन्न डेटा की बाढ़ को तेज़ी और भरोसेमंद ढंग से छाँट सकें।

मूल LHC की विरासत

LHC ने पहले ही जो उपलब्धियाँ हासिल की हैं, उनके कारण इसे रोकने का निर्णय असामान्य प्रतीकात्मक महत्व रखता है। 2008 में पहली बार शुरू होने के बाद से, यह कोलाइडर युग के परिभाषित वैज्ञानिक उपकरणों में से एक रहा है। इसने भौतिकविदों को अत्यंत परिस्थितियों और अभूतपूर्व ऊर्जाओं पर पदार्थ का अध्ययन करने का तरीका दिया, जिससे उप-परमाणु कणों के व्यवहार और प्रारंभिक ब्रह्मांड पर नई खिड़कियाँ खुलीं।

इसकी सबसे प्रसिद्ध उपलब्धि 2012 में आई, जब वैज्ञानिकों ने Higgs boson के प्रमाण प्रस्तुत किए। Higgs की भविष्यवाणी लंबे समय से सिद्धांत द्वारा की गई थी, लेकिन इसका पता लगाने के लिए उस ऊर्जा और सटीकता की आवश्यकता थी जो LHC प्रदान कर सकता था। इस खोज ने कण भौतिकी के Standard Model द्वारा भविष्यवाणी किए गए अंतिम मूलभूत कण को पूरा किया और Higgs field के माध्यम से कण द्रव्यमान से जुड़ी प्रक्रिया की पुष्टि करने में मदद की।

उस सफलता ने LHC को एक उच्च-प्रोफ़ाइल शोध मशीन से कहीं अधिक बना दिया। यह इस बात का प्रतीक बन गया कि जब सरकारें और संस्थान दशकों तक एक महत्वाकांक्षी परियोजना का समर्थन करते हैं, तो बड़े पैमाने पर अंतरराष्ट्रीय विज्ञान क्या हासिल कर सकता है। मूल पाठ यह भी नोट करता है कि कोलाइडर का उपयोग quark-gluon plasma जैसी घटनाओं की जाँच के लिए किया गया है, जिसे Big Bang के तुरंत बाद की परिस्थितियों से मिलता-जुलता माना जाता है, और ब्रह्मांड में matter और antimatter के असंतुलन का अध्ययन करने के लिए भी।

ये उपलब्धियाँ बताती हैं कि CERN की घोषणा में औपचारिकता का स्वर क्यों है। CERN के accelerators and technology निदेशक Oliver Bruning ने कहा कि LHC ने अपेक्षाओं से बढ़कर प्रदर्शन किया और लगभग दो दशकों से ब्रह्मांड की समझ को बदल दिया है। संदेश पीछे की ओर भी है और आगे की ओर भी: मौजूदा मशीन ने अपना वादा पूरा किया, और उन्नयन का उद्देश्य इस वैज्ञानिक यात्रा को समाप्त करना नहीं, बल्कि उसे विस्तारित करना है।

उच्च luminosity क्या खोलेगी

High-Luminosity LHC का केंद्रीय वादा कोई एक गारंटीकृत खोज नहीं, बल्कि कहीं अधिक समृद्ध प्रायोगिक वातावरण है। अधिक टक्करें दुर्लभ प्रक्रियाओं को देखने के अधिक अवसर देती हैं और ज्ञात घटनाओं को अधिक सटीकता से मापने में मदद करती हैं। व्यवहार में, इससे भौतिकविदों को Higgs boson के अध्ययन को और गहरा करने में मदद मिलेगी, जो यह जाँचने के लिए सबसे महत्वपूर्ण प्रवेश बिंदुओं में से एक बना हुआ है कि Standard Model कहाँ सफल होता है और कहाँ वह कमज़ोर पड़ता है।

मूल पाठ कहता है कि वैज्ञानिकों को उम्मीद है कि उन्नत कोलाइडर Higgs के काम करने के तरीके की उनकी समझ में उल्लेखनीय वृद्धि करेगा। यह अपने आप में महत्वपूर्ण होगा। Higgs boson का पहले ही पता चल चुका है, लेकिन उसके गुणों को विस्तार से समझना अभी भी एक चल रहा प्रोजेक्ट है, और वे विवरण महत्वपूर्ण हैं क्योंकि सैद्धांतिक अपेक्षाओं से विचलन नई भौतिकी की ओर इशारा कर सकते हैं।

शोधकर्ता यह भी आशा कर रहे हैं कि High-Luminosity LHC Standard Model से परे के प्रमाण सामने लाने में मदद करेगा। मूल पाठ विशेष रूप से supersymmetry और अजीब dark matter कणों की संभावना का उल्लेख करता है। ये कण भौतिकविदों के लिए लंबे समय से लक्ष्य रहे हैं क्योंकि Standard Model, अपनी भविष्यवाणी क्षमता के बावजूद, हर बड़े प्रश्न का उत्तर नहीं देता। उदाहरण के लिए, यह dark matter का पूर्ण विवरण नहीं देता, और न ही ब्रह्मांड की कई गहरी संरचनात्मक विशेषताओं का अंतिम स्पष्टीकरण।

अधिक luminosity अत्यंत दुर्लभ घटनाओं को पकड़ने की संभावना बढ़ाती है, जो इन खुले प्रश्नों पर प्रकाश डाल सकती हैं। यह विशाल डेटासेट उत्पन्न करके सूक्ष्म प्रभावों को सांख्यिकीय रूप से परखना भी आसान बनाती है। उस अर्थ में, यह उन्नयन इस बात पर दांव है कि अगली बड़ी खोजें अभी किसी पूरी तरह अलग कोलाइडर के निर्माण से नहीं, बल्कि वर्तमान कोलाइडर को और ज़्यादा कठोरता से और दूर तक धकेलने से आ सकती हैं।

एक लंबा विराम, एक लंबा क्षितिज

चार साल का shutdown काफी बड़ा है, और 2030 का लक्ष्य दिखाता है कि बड़े विज्ञान का बुनियादी ढांचा कितनी धीमी गति से आगे बढ़ता है। लेकिन इतनी जटिल मशीन के लिए यह समय-सीमा सामान्य है। चुंबक, detector, beam प्रणालियाँ और विश्लेषण पाइपलाइन सबको असाधारण सटीकता के साथ फिर से डिज़ाइन और स्थापित करना होगा। परिणाम यह है कि shutdown अवधि स्वयं प्रयोग की वैज्ञानिक यात्रा का हिस्सा बन जाती है, केवल रनों के बीच का निष्क्रिय समय नहीं।

CERN के लिए चुनौती यह है कि दुनिया के सबसे प्रसिद्ध कोलाइडर के नए collision data न पैदा करने की अवधि में सार्वजनिक और राजनीतिक समर्थन बनाए रखा जाए। संस्थान का उत्तर इस विराम को उसी रिंग में अधिक सक्षम उत्तराधिकारी की तैयारी के रूप में प्रस्तुत करना है। इसलिए High-Luminosity LHC को लगभग एक नई मशीन के रूप में पेश किया जा रहा है, भले ही वह सीधे पुरानी मशीन से विकसित हुआ है।

यह framing विश्वसनीय है क्योंकि वैज्ञानिक छलांग महत्वपूर्ण लगती है। मूल मशीन की तुलना में 10 गुना तक luminosity पर चलने वाला कोलाइडर कोई मामूली सुधार नहीं है। यह पहले से ही ऐतिहासिक उपकरण को मौलिक भौतिकी की एक अधिक तीक्ष्ण, अधिक उत्पादक जांच में बदलने का जानबूझकर किया गया प्रयास है।

आगे क्या

मूल Large Hadron Collider ने Higgs boson की पुष्टि करने में मदद की और वास्तविकता की उप-परमाणु संरचना की जाँच करने की मानवता की क्षमता को बढ़ाया। अगला संस्करण इससे आगे जाने के लिए बनाया जा रहा है: अधिक टक्करों को पकड़ने, अधिक सटीकता से मापने, और संभवतः उन घटनाओं को उजागर करने के लिए जिन्हें मौजूदा मशीन स्पष्ट रूप से हल नहीं कर सकती। चाहे वह पूरी तरह नए कण खोजे या सिद्धांतों को और कसकर सीमित करे, उन्नत कोलाइडर 2030 के दशक में particle physics को आकार देगा।

अभी के लिए, CERN का संदेश सरल है। 2008 से वैज्ञानिक दुनिया जिस LHC को जानती थी, वह समाप्त हो चुका है। उसकी जगह, इंजीनियर और भौतिकविद उसी रिंग से और अधिक हासिल करने के लिए एक high-luminosity उत्तराधिकारी तैयार कर रहे हैं। अगर मूल मशीन की विरासत खोज थी, तो अगली की मिशन गहराई होगी।

यह लेख Universe Today की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें.