जगातील सर्वात प्रसिद्ध कण-धडकवणारे यंत्र आपल्या पुढील टप्प्यात प्रवेश करत आहे
CERN ने जवळपास १८ वर्षांच्या कार्यानंतर Large Hadron Collider बंद केले आहे, आधुनिक भौतिकशास्त्रातील एका अध्यायाचा शेवट करताना पुढील दशकापर्यंत यंत्राचे वैज्ञानिक आयुष्य वाढवण्याच्या उद्देशाने मोठ्या पुनर्बांधणीला सुरुवात केली आहे. हे collider साध्या अर्थाने निवृत्त केले जात नाही. त्याऐवजी, त्याचे High-Luminosity LHC मध्ये रूपांतर केले जात आहे, जे सध्याच्या यंत्राच्या तुलनेत १० पट luminosity देऊ शकणारे सुधारित रूप असून २०३० मध्ये कार्यान्वित होणार आहे.
म्हणून हे बंद होणे हा शेवट नसून एक धोरणात्मक विराम आहे. CERN अधिकारी या क्षणाकडे २००८ पासून संशोधकांना ज्ञात असलेल्या LHC पासून अधिक मोठ्या प्रमाणात सुधारित अशा उपकरणाकडे होणारा संक्रमण टप्पा म्हणून पाहत आहेत, जे अधिक कण-धडक निर्माण करू शकते आणि त्यातून अधिक डेटा पकडू शकते. ज्या यंत्राने आधीच शतकातील सर्वात मोठ्या वैज्ञानिक शोधांपैकी एकात मध्यवर्ती भूमिका बजावली आहे, त्याच्यासाठी हा एक महत्त्वाचा हस्तांतरण टप्पा आहे.
CERN आत्ताच का थांबत आहे
मूळ मजकुरात या हालचालीचे वर्णन फ्रान्स-स्वित्झर्लंड सीमारेषेवरील collider च्या विद्यमान १७ मैल, म्हणजे २७ किलोमीटर, परिघातील विस्तृत हार्डवेअर पुनर्बांधणीवर केंद्रित चार वर्षांच्या अपग्रेड कालावधी म्हणून केले आहे. कामगार प्रोटॉन किरण अधिक अचूकपणे केंद्रित करण्यासाठी तयार केलेले पुढील पिढीचे मॅग्नेट्स बसवतील. या बदलाचा हेतू collision rate, म्हणजेच luminosity, लक्षणीयरीत्या वाढवणे आहे, जे collider physics मध्ये प्रयोगांना कालांतराने किती परस्परक्रिया पाहता येतील हे ठरवते.
अधिक luminosity म्हणजे LHC ला पूर्णपणे वेगळ्या बोगद्याने किंवा नव्या ठिकाणी बदलणे असा अर्थ नाही. रिंग तशीच राहते. बदल होतो तो त्यातील प्रणालींच्या जटिलतेत आणि detector पायाभूत सुविधांमध्ये, ज्यांना अधिक दाट घटना प्रवाह हाताळावा लागतो. CERN अधिकारी प्रत्यक्षात यंत्राची कार्यक्षमता मर्यादा पुन्हा बांधत आहेत, आणि त्याच वेळी मूळ collider शक्य करणारी व्यापक रचना जपून ठेवत आहेत.
ही सुधारणा LHC च्या प्रमुख detector-पर्यंतही पोहोचते. मूळ मजकुरानुसार, ATLAS आणि CMS detector-ना दर सेकंदाला ५ अब्जांहून अधिक परस्परक्रिया पाहता येतील आणि सर्वात मनोरंजक धडक खोल विश्लेषणासाठी निवडता येतील अशा प्रकारे पुन्हा बांधले जाईल. अधिक धडकांचे वैज्ञानिक मूल्य तेव्हाच वाढते, जेव्हा उपकरणे निर्माण होणाऱ्या डेटा-लाटेचे वेगाने आणि विश्वासार्हपणे वर्गीकरण करू शकतात, म्हणून हे पाऊल अत्यावश्यक आहे.
मूळ LHC चा वारसा
LHC ने आधीच जे साध्य केले आहे, त्यामुळे ते थांबवण्याचा निर्णय विलक्षण प्रतीकात्मक वजन घेऊन येतो. २००८ मध्ये प्रथम सुरू झाल्यापासून हे collider त्या काळातील निर्णायक वैज्ञानिक उपकरणांपैकी एक राहिले आहे. याने भौतिकशास्त्रज्ञांना अत्यंत परिस्थितीत आणि अभूतपूर्व उर्जांवर पदार्थाचा अभ्यास करण्याचा मार्ग दिला, उप-अणु कणांचे वर्तन आणि प्रारंभिक विश्व यांविषयी नवे दृष्टीकोन उघडले.
त्याची सर्वात प्रसिद्ध कामगिरी २०१२ मध्ये आली, जेव्हा शास्त्रज्ञांनी Higgs boson चे पुरावे सादर केले. Higgs चे भाकीत सिद्धांताने बराच काळ आधी केले होते, पण त्याचा शोध घेण्यासाठी LHC ज्या ऊर्जा आणि अचूकता देऊ शकत होते, ती आवश्यक होती. या शोधाने Standard Model of particle physics ने भाकीत केलेला शेवटचा मूलभूत कण भरून काढला आणि Higgs field शी संबंधित प्रक्रियेद्वारे कणांच्या वस्तुमानाचे यंत्रणाबद्ध स्पष्टीकरण पुष्ट करण्यात मदत केली.
त्या प्रगतीमुळे LHC केवळ एक उच्च-प्रोफाइल संशोधन यंत्र राहिले नाही. सरकारे आणि संस्था दशकानुदशके एका महत्त्वाकांक्षी प्रकल्पाला पाठबळ देतात, तेव्हा मोठ्या प्रमाणावरील आंतरराष्ट्रीय विज्ञान काय साध्य करू शकते याचे ते प्रतीक बनले. मूळ मजकुरात असेही नमूद केले आहे की collider चा वापर quark-gluon plasma सारख्या घटनांचा अभ्यास करण्यासाठी झाला आहे, जे Big Bang नंतरच्या स्थितीसारखे मानले जाते, आणि विश्वातील matter आणि antimatter मधील असमतोलावरही काम करण्यात आले आहे.
या यशांमुळे CERN च्या घोषणेत औपचारिकतेची छटा येते. CERN च्या accelerators and technology संचालक Oliver Bruning यांनी सांगितले की LHC ने अपेक्षांपेक्षा जास्त कामगिरी केली आणि जवळपास दोन दशकांपासून विश्वाविषयीची समज बदलली. संदेश भूतकाळाकडे आणि भविष्याकडे दोन्हीकडे पाहणारा आहे: विद्यमान यंत्राने आपले वचन पूर्ण केले, आणि हे अपग्रेड ती वैज्ञानिक मोहीम संपवण्यासाठी नव्हे तर तिचा विस्तार करण्यासाठी आहे.
उच्च luminosity काय उघडेल
High-Luminosity LHC चे मुख्य आश्वासन एकच निश्चित शोध नाही, तर अधिक समृद्ध प्रयोगात्मक वातावरण आहे. अधिक धडक म्हणजे दुर्मिळ प्रक्रियेचे निरीक्षण करण्याच्या अधिक संधी आणि ज्ञात घटनांचे अधिक अचूक मापन करण्याची शक्यता. प्रत्यक्षात, यामुळे भौतिकशास्त्रज्ञांना Higgs boson चा अभ्यास अधिक खोलात करता येईल, जो Standard Model कुठे यशस्वी ठरतो आणि कुठे तो अपुरा पडतो हे तपासण्यासाठी महत्त्वाचा मार्ग आहे.
मूळ मजकुरात म्हटले आहे की सुधारित collider मुळे Higgs कसे कार्य करते याविषयी त्यांची समज लक्षणीयरीत्या वाढेल अशी शास्त्रज्ञांना अपेक्षा आहे. ते स्वतःमध्येच महत्त्वाचे असेल. Higgs boson आधीच शोधला गेला असला तरी, त्याचे गुणधर्म तपशीलात समजून घेणे अजूनही सुरू असलेला प्रकल्प आहे, आणि ते तपशील महत्त्वाचे आहेत, कारण सिद्धांतिक अपेक्षांपासून होणारी विचलने नव्या भौतिकशास्त्राकडे निर्देश करू शकतात.
संशोधकांना अशीही आशा आहे की High-Luminosity LHC Standard Model च्या पलीकडील पुरावे उघड करण्यात मदत करेल. मूळ मजकुरात विशेषतः supersymmetry आणि विचित्र dark matter कणांची शक्यता नमूद केली आहे. हे कण भौतिकशास्त्रज्ञांसाठी दीर्घकालीन लक्ष्ये आहेत, कारण Standard Model कडे भविष्यवाणी करण्याची ताकद असली तरीही, तो प्रत्येक मोठ्या प्रश्नाचे उत्तर देत नाही. उदाहरणार्थ, तो dark matter चे पूर्ण स्पष्टीकरण देत नाही, किंवा विश्वाच्या अनेक खोल संरचनात्मक वैशिष्ट्यांचे अंतिम स्पष्टीकरण देत नाही.
अधिक luminosity मुळे अतिशय दुर्मिळ घटना पकडण्याची शक्यता वाढते, ज्यामुळे ही प्रलंबित प्रश्नांची उकल होऊ शकते. तसेच, प्रचंड मोठ्या डेटासेट्स तयार करून सूक्ष्म परिणाम सांख्यिकीय पद्धतीने तपासणे सोपे होते. त्या अर्थाने, ही सुधारणा अशी एक जुगाराची बाजी आहे की पुढील मोठे शोध आत्ताच पूर्णपणे वेगळे collider उभारण्यापेक्षा, सध्याच्या यंत्राला आणखी जोराने आणि पुढे ढकलून मिळू शकतात.
दीर्घ विराम, दीर्घ क्षितिज
चार वर्षांचे shutdown हे मोठे पाऊल आहे, आणि २०३० चे लक्ष्य दाखवते की big-science पायाभूत सुविधा किती हळू हलते. पण इतक्या गुंतागुंतीच्या उपकरणासाठी तो कालावधी सामान्य आहे. मॅग्नेट्स, detector, beam प्रणाली, आणि विश्लेषण पाइपलाइन यांना असाधारण अचूकतेने पुन्हा डिझाइन आणि बसवावे लागते. परिणामी, shutdown काळ स्वतःच प्रयोगाच्या वैज्ञानिक प्रवासाचा भाग बनतो, केवळ रनमधील निष्क्रिय वेळ नाही.
CERN साठी आव्हान म्हणजे, जगातील सर्वात प्रसिद्ध collider नवीन collision data निर्माण करत नसताना सार्वजनिक आणि राजकीय पाठबळ टिकवून ठेवणे. संस्थेचे उत्तर म्हणजे या विरामाला त्याच रिंगमध्ये अधिक सक्षम उत्तराधिकारी तयार करण्याची तयारी म्हणून मांडणे. त्यामुळे High-Luminosity LHC ला जवळजवळ एक नवे यंत्र म्हणून सादर केले जात आहे, जरी ते थेट जुन्या यंत्रापासून विकसित झालेले आहे.
हे framing पटणारे आहे, कारण वैज्ञानिक झेप अर्थपूर्ण दिसते. मूळ यंत्राच्या तुलनेत १० पटपर्यंत luminosity असलेले collider हे किरकोळ नूतनीकरण नाही. हे आधीच ऐतिहासिक असलेल्या यंत्राला मूलभूत भौतिकशास्त्राचा अधिक तीक्ष्ण, अधिक उत्पादक शोधक बनवण्याचा जाणीवपूर्वक प्रयत्न आहे.
पुढे काय
मूळ Large Hadron Collider ने Higgs boson पुष्ट करण्यात मदत केली आणि वास्तवाच्या उप-अणु संरचनेची चाचणी घेण्याची मानवजातीची क्षमता वाढवली. पुढील आवृत्ती आणखी पुढे जाण्यासाठी बांधली जात आहे: अधिक धडक पकडण्यासाठी, अधिक अचूक मोजमाप करण्यासाठी, आणि सध्याचे यंत्र स्पष्टपणे सोडवू शकत नाहीत अशा घटनांचे उलगडण्यासाठी. ती पूर्णपणे नवे कण शोधो किंवा सिद्धांतांना आणखी घट्ट मर्यादित करो, सुधारित collider २०३० च्या दशकात particle physics ला आकार देईल.
सध्या CERN चा संदेश सोपा आहे. २००८ पासून वैज्ञानिक जगाला ज्ञात असलेले LHC संपले आहे. त्याच्या जागी, अभियंते आणि भौतिकशास्त्रज्ञ त्याच रिंगमधून अधिक काही मिळवण्यासाठी डिझाइन केलेला high-luminosity उत्तराधिकारी तयार करत आहेत. मूळ यंत्राचा वारसा जर शोध असेल, तर पुढील यंत्राचे ध्येय असेल खोली.
हा लेख Universe Today च्या रिपोर्टिंगवर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.
Originally published on universetoday.com
