भौतिकशास्त्रज्ञांनी हरवलेल्या न्यूट्रिनोच्या ३० वर्षांच्या रहस्याचा उलगडा केला असू शकतो

३० वर्षांचे कोडे

तीन दशकांपासून, भौतिकशास्त्रज्ञ न्यूट्रिनोशी संबंधित प्रयोगांमधील सततच्या विसंगतीमुळे गोंधळलेले आहेत—जे अगदीच क्वचित पदार्थाशी संवाद साधणारे कण आहेत. तथाकथित 'गॅलियम विसंगती' प्रथम १९९० च्या दशकात उद्भवली जेव्हा गॅलियम, एक मऊ चांदीसारखा धातू वापरणारे डिटेक्टर सातत्याने सैद्धांतिक अंदाजापेक्षा कमी न्यूट्रिनो पाहत होते. या कमतरतेमुळे नवीन प्रकारच्या कणाची, कदाचित निर्जंतुक न्यूट्रिनोची शक्यता दिसून आली, ज्याचा विश्वाच्या आपल्या आकलनावर गंभीर परिणाम होऊ शकतो. परंतु एका नवीन अभ्यासात असे सूचित केले आहे की ही विसंगती अधिक सांसारिक कारणामुळे स्पष्ट होऊ शकते: या प्रयोगांचे कॅलिब्रेट करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या अभिक्रिया दरांच्या गणनेतील त्रुटी.

गॅलियम विसंगती स्पष्ट

गॅलियम-आधारित न्यूट्रिनो डिटेक्टर एका विशिष्ट आण्विक अभिक्रियेचा वापर करून कार्य करतात: जेव्हा न्यूट्रिनो गॅलियम-७१ केंद्रकाशी संवाद साधते, तेव्हा ते जर्मेनियम-७१ मध्ये रूपांतरित होऊ शकते, इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करते. जर्मेनियम उत्पादनाचा दर मोजून, शास्त्रज्ञ न्यूट्रिनो प्रवाहाचा अंदाज लावू शकतात. तथापि, १९९० च्या दशकापासून, GALLEX आणि SAGE सारख्या प्रयोगांनी अपेक्षित न्यूट्रिनोच्या संख्येत सुमारे १०-२०% तूट नोंदवली आहे. ही तूट सुरुवातीला निर्जंतुक न्यूट्रिनोच्या संभाव्य अस्तित्वाला कारणीभूत ठरली—अशी काल्पनिक कणे जी केवळ गुरुत्वाकर्षणाद्वारे संवाद साधतात आणि कमकुवत आण्विक शक्तीद्वारे नाही. जर निर्जंतुक न्यूट्रिनो अस्तित्वात असतील, तर ते नियमित न्यूट्रिनोसह दोलन करू शकतात, ज्यामुळे शोध दर कमी होऊ शकतो.

परंतु भौतिकशास्त्रज्ञांच्या एका पथकाने प्रकाशित केलेला नवीन अभ्यास वेगळे स्पष्टीकरण देतो. ते असा युक्तिवाद करतात की गॅलियमवरील न्यूट्रिनो कॅप्चर दरासाठीची सैद्धांतिक गणना, जी आण्विक भौतिकशास्त्र मॉडेलवर आधारित आहे, किंचित चुकीची असू शकते. या गणनेत सुधारणा करून, विसंगती नवीन भौतिकशास्त्राची आवश्यकता नसताना पूर्णपणे नाहीशी होऊ शकते.

आण्विक भौतिकशास्त्राचा पुनर्विचार

पथकाने तथाकथित 'बेथे-हाइटलर' प्रक्रियेवर लक्ष केंद्रित केले, जी न्यूट्रिनो केंद्रकांशी कसे संवाद साधतात याचे वर्णन करते. विशेषतः, त्यांनी अलीकडील आण्विक प्रयोगांमधील अधिक अचूक डेटा वापरून क्रॉस-सेक्शन—न्यूट्रिनोचा गॅलियम केंद्रकाशी संवाद साधण्याची संभाव्यता—पुन्हा मूल्यांकन केले. त्यांना आढळले की पूर्वी वापरलेली क्रॉस-सेक्शन मूल्ये जास्त अंदाजित होती, ज्यामुळे अपेक्षित न्यूट्रिनो संख्या खूप जास्त होती. जेव्हा त्यांनी या मूल्यांमध्ये सुधारणा केली, तेव्हा अंदाजित न्यूट्रिनो संख्या प्रायोगिक अनिश्चिततेमध्ये पाहिलेल्या संख्येशी जुळली.

हा शोध महत्त्वपूर्ण आहे कारण ते सूचित करते की गॅलियम विसंगती निर्जंतुक न्यूट्रिनोसाठी पुरावा असू शकत नाही. त्याऐवजी, ते न्यूट्रिनो प्रयोगांचा अर्थ लावण्यासाठी अचूक आण्विक डेटाचे महत्त्व अधोरेखित करते. पथकाची गणना गॅलियम आणि जर्मेनियम समस्थानिकांच्या आण्विक संरचनेच्या तपशीलवार विश्लेषणावर आधारित होती, ज्यामध्ये अत्याधुनिक सैद्धांतिक मॉडेल आणि कण प्रवेगकांमधील प्रायोगिक डेटा वापरला गेला.

न्यूट्रिनो भौतिकशास्त्रासाठी परिणाम

जर नवीन व्याख्या बरोबर असेल, तर ती दीर्घकाळापासूनची विसंगती सोडवेल आणि निर्जंतुक न्यूट्रिनोसाठीच्या काही संकेतांपैकी एक नाकारेल. निर्जंतुक न्यूट्रिनो हे गडद पदार्थासाठी लोकप्रिय उमेदवार आहेत आणि कण भौतिकशास्त्रातील विविध विसंगती स्पष्ट करू शकतात, परंतु त्यांचे अस्तित्व अद्याप पुष्टी झालेले नाही. नवीन अभ्यास निर्जंतुक न्यूट्रिनोला निश्चितपणे वगळत नाही, परंतु ते त्यांच्यासाठी पुरावा म्हणून गॅलियम विसंगती काढून टाकते.

तथापि, सर्व भौतिकशास्त्रज्ञांना खात्री नाही. काहीजण असा युक्तिवाद करतात की सुधारित गणनेमुळे नवीन अनिश्चितता येऊ शकतात आणि विसंगती अद्याप नवीन भौतिकशास्त्राचे लक्षण असू शकते. इतरांनी असे निदर्शनास आणले आहे की MiniBooNE आणि LSND सारख्या इतर प्रयोगांनी देखील अशा विसंगती नोंदवल्या आहेत ज्या निर्जंतुक न्यूट्रिनोद्वारे स्पष्ट केल्या जाऊ शकतात. तरीही, नवीन अभ्यास एक व्यवहार्य आणि चाचणी करण्यायोग्य पर्यायी स्पष्टीकरण प्रदान करतो.

भविष्यातील प्रयोग

वादविवाद सुरू राहण्याची शक्यता आहे, परंतु भविष्यातील प्रयोग ते सोडवण्यास मदत करू शकतात. उदाहरणार्थ, BEST (बॅक्सन एक्सपेरिमेंट ऑन स्टेराइल ट्रांझिशन्स) प्रयोग, जो एक शक्तिशाली कृत्रिम न्यूट्रिनो स्रोत वापरतो, त्याने आधीच डेटा प्रदान केला आहे ज्याचे नवीन गणनेसह पुन्हा विश्लेषण केले जाऊ शकते. याव्यतिरिक्त, JUNO आणि Hyper-Kamiokande सारखे आगामी प्रयोग, जे न्यूट्रिनो गुणधर्म अचूकपणे मोजण्यासाठी डिझाइन केलेले आहेत, अधिक अंतर्दृष्टी देऊ शकतात.

नवीन अभ्यास अधिक अचूक आण्विक डेटाच्या गरजेवर देखील भर देतो. न्यूट्रिनो प्रयोग अधिक संवेदनशील होत असताना, अंतर्निहित आण्विक भौतिकशास्त्राची अचूकता अधिक महत्त्वाची बनते. हे कार्य दर्शविते की अगदी सुस्थापित प्रक्रियांमध्ये देखील सूक्ष्म त्रुटी असू शकतात ज्यामुळे मोठ्या गैरसमज होऊ शकतात.

निष्कर्ष

हरवलेल्या न्यूट्रिनोच्या ३० वर्षांच्या रहस्याचा शेवटी उलगडा होऊ शकतो, नवीन कण शोधून नव्हे, तर ज्ञात भौतिकशास्त्राची आपली समज सुधारून. निर्जंतुक न्यूट्रिनोचे अस्तित्व हा खुला प्रश्न असला तरी, हा अभ्यास दर्शवितो की आण्विक तपशीलांकडे काळजीपूर्वक लक्ष दिल्यास स्पष्ट विसंगती सोडवता येतात. क्षेत्र पुढे सरकत असताना, आण्विक भौतिकशास्त्र आणि कण भौतिकशास्त्र यांच्यातील परस्परसंवाद शोधाचा समृद्ध स्रोत बनत राहील.

हा लेख न्यू सायंटिस्टच्या अहवालावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.