૧૦ અબજમાં એક વાર થતી ઘટના: CERN ના વૈજ્ઞાનિકોએ 'ઝેપ્ટોવર્સ'ના રહસ્યો શોધવા તરફ મોટું ડગલું માંડ્યું

વિજ્ઞાનની દુનિયામાં ક્યારેક એવી ઘટનાઓ બને છે જે આપણી સમજણની સીમાઓને વિસ્તૃત કરી દે છે. યુરોપિયન ઓર્ગેનાઈઝેશન ફોર ન્યુક્લિયર રિસર્ચ (CERN) ના વૈજ્ઞાનિકોએ તાજેતરમાં એક એવી જ અસાધારણ સફળતા મેળવી છે. તેમણે પરમાણુ સ્તરે થતી એક અત્યંત દુર્લભ ઘટના શોધી કાઢી છે, જે ૧૦ અબજ કિસ્સાઓમાંથી માંડ એક વાર જોવા મળે છે. આ શોધ આપણને 'ઝેપ્ટોવર્સ' (zeptoverse) તરીકે ઓળખાતા સબએટોમિક એટલે કે પરમાણુની અંદરના અતિ સૂક્ષ્મ જગતની નજીક લઈ જાય છે. આ એક એવું ક્ષેત્ર છે જ્યાં ભૌતિક વિજ્ઞાનના પ્રચલિત નિયમોની કસોટી થાય છે અને બ્રહ્માંડના અદ્રશ્ય રહસ્યો છુપાયેલા છે.

આ શોધ જીનીવા સ્થિત લાર્જ હેડ્રોન કોલાઈડર (Large Hadron Collider - LHC) નામના વિશ્વના સૌથી મોટા અને શક્તિશાળી પાર્ટીકલ એક્સિલરેટર એટલે કે કણ પ્રવેગક દ્વારા કરવામાં આવી છે. વૈજ્ઞાનિકોએ 'બ્યુટી પાર્ટીકલ્સ' (beauty particles) પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યું હતું, જે પ્રોટોનની અથડામણ દરમિયાન પેદા થતા ટૂંકા આયુષ્ય ધરાવતા કણો છે. આ કણો જ્યારે અન્ય કણોમાં રૂપાંતરિત થાય છે, જેને વિજ્ઞાનની ભાષામાં ક્ષય (decay) કહેવામાં આવે છે, ત્યારે તે પ્રક્રિયા અત્યંત જટિલ અને દુર્લભ હોય છે. આ પ્રક્રિયાની ચોકસાઈપૂર્વકની નોંધ લેવી એ વિજ્ઞાન માટે એક મોટો પડકાર હતો, જે હવે સફળતાપૂર્વક પાર પાડવામાં આવ્યો છે.

CERN ની સ્થાપના ૧૯૫૪ માં કરવામાં આવી હતી અને તે આજે વિશ્વની સૌથી મોટી કણ ભૌતિકશાસ્ત્રની પ્રયોગશાળા છે. ફ્રાન્સ અને સ્વિટ્ઝર્લેન્ડની સરહદ પર આવેલી આ સંસ્થામાં ૨૫ સભ્ય દેશો સામેલ છે. CERN માત્ર ભૌતિક વિજ્ઞાનના સંશોધનો માટે જ નહીં, પરંતુ ટેકનોલોજીની દુનિયામાં ક્રાંતિ લાવવા માટે પણ જાણીતું છે. ઉદાહરણ તરીકે, આજે આપણે જે વર્લ્ડ વાઈડ વેબ (World Wide Web) નો ઉપયોગ કરીએ છીએ, તેની શોધ ૧૯૮૯ માં ટીમ બર્નર્સ-લી દ્વારા આ જ સંસ્થામાં કરવામાં આવી હતી. આ સંસ્થાનું મુખ્ય કાર્ય કણોને પ્રચંડ વેગ આપીને તેમની અથડામણ કરાવવાનું અને તેમાંથી પેદા થતા ડેટાનું વિશ્લેષણ કરવાનું છે.

આ પ્રયોગના કેન્દ્રમાં લાર્જ હેડ્રોન કોલાઈડર છે, જે જમીનથી ૧૦૦ મીટર નીચે ૨૭ કિલોમીટર લાંબી ગોળાકાર ટનલમાં આવેલું છે. આ ટનલમાં પ્રોટોનના કિરણોને પ્રકાશની ગતિની નજીકના વેગથી દોડાવવામાં આવે છે. આ કિરણો જ્યારે એકબીજા સાથે અથડાય છે, ત્યારે તેમાંથી પ્રચંડ ઉર્જા પેદા થાય છે અને નવા કણો જન્મે છે. આ પ્રક્રિયા એટલી જટિલ છે કે સ્ટીફન માયર્સ નામના વૈજ્ઞાનિકે તેને 'એટલાન્ટિક મહાસાગરની આરપાર બે સોય ફેંકીને તેમને એકબીજા સાથે અથડાવવા' જેવી ગણાવી હતી. આ અથડામણમાંથી પેદા થતા ડેટાને સાચવવા માટે CERN પાસે વિશાળ કમ્પ્યુટિંગ સુવિધા છે, જે દર વર્ષે પેટાબાઈટ્સ (petabytes) માં ડેટા જનરેટ કરે છે.

વૈજ્ઞાનિકોએ જે કણોનો અભ્યાસ કર્યો તેને 'બી મેસોન્સ' (B mesons) કહેવામાં આવે છે. મેસોન (meson) એ એવા કણો છે જે એક ક્વાર્ક (quark) અને એક એન્ટિ-ક્વાર્ક (antiquark) ના બનેલા હોય છે. ક્વાર્ક એ દ્રવ્યના સૌથી મૂળભૂત ઘટકો છે. બી મેસોન્સમાં એક 'બોટમ એન્ટિ-ક્વાર્ક' હોય છે જે અન્ય ક્વાર્ક જેવા કે અપ, ડાઉન, સ્ટ્રેન્જ અથવા ચાર્મ સાથે જોડાયેલો હોય છે. આ કણોની ખાસિયત એ છે કે તેઓ અત્યંત અસ્થિર હોય છે અને પેદા થયાના ક્ષણવારમાં જ અન્ય કણોમાં વિભાજિત થઈ જાય છે. આ વિભાજન અથવા ક્ષયની પ્રક્રિયા જ વૈજ્ઞાનિકોને બ્રહ્માંડના પાયાના દળો વિશે માહિતી આપે છે.

આ શોધમાં જે દુર્લભ ઘટના જોવા મળી છે તે 'ન્યુટ્રલ બી મેસોન' (neutral B meson) ના ક્ષય સાથે જોડાયેલી છે. સ્ટાન્ડર્ડ મોડલ (Standard Model) તરીકે ઓળખાતી ભૌતિક વિજ્ઞાનની થિયરી મુજબ, આ કણનું ચોક્કસ રીતે વિભાજન થવાની શક્યતા ૧૦ અબજમાં માત્ર એક જ વાર હોય છે. આટલી ઓછી સંભાવના હોવા છતાં, LHCb નામના પ્રયોગ દ્વારા આ ઘટનાના પુરાવા મેળવવામાં આવ્યા છે. આ શોધ એટલા માટે મહત્વની છે કારણ કે જો આ ક્ષયની પ્રક્રિયા સ્ટાન્ડર્ડ મોડલની આગાહી કરતા સહેજ પણ અલગ હોય, તો તે 'નવી ફિઝિક્સ' (new physics) તરફ ઈશારો કરે છે, જે હાલના વિજ્ઞાનના નિયમોથી પર હોઈ શકે છે.

ઝેપ્ટોવર્સની આ શોધ આપણને ડાર્ક મેટર (dark matter) અને ડાર્ક એનર્જી (dark energy) ના રહસ્યો ઉકેલવામાં મદદ કરી શકે છે. વૈજ્ઞાનિકો માને છે કે આપણે જે જોઈ શકીએ છીએ તે બ્રહ્માંડનો માત્ર ૫% ભાગ જ છે, બાકીનો ૯૫% ભાગ ડાર્ક મેટર અને ડાર્ક એનર્જીનો બનેલો છે, જે અત્યાર સુધી અદ્રશ્ય રહ્યો છે. બી મેસોન્સ જેવા કણોના દુર્લભ ક્ષયનો અભ્યાસ કરીને વૈજ્ઞાનિકો એ જાણવા માંગે છે કે શું કોઈ એવા અજ્ઞાત કણો અસ્તિત્વમાં છે જે આ ડાર્ક મેટર માટે જવાબદાર હોય. જો આવા નવા કણો મળી આવે, તો તે વિજ્ઞાનના ઇતિહાસની સૌથી મોટી શોધ સાબિત થઈ શકે છે.

ભૂતકાળમાં પણ CERN એ અનેક મહત્વની સિદ્ધિઓ હાંસલ કરી છે. ૧૯૮૩ માં W અને Z બોસોન્સની શોધ થઈ હતી, જેના માટે નોબેલ પ્રાઈઝ આપવામાં આવ્યું હતું. ૨૦૧૨ માં 'હિગ્સ બોસોન' (Higgs boson) ની શોધ એ આ દાયકાની સૌથી મોટી વૈજ્ઞાનિક ઘટના હતી, જેણે સમજાવ્યું કે કણોને દળ (mass) કેવી રીતે મળે છે. હવે, આ નવા દુર્લભ ક્ષયની શોધ સાથે વૈજ્ઞાનિકો વધુ ઊંડાણપૂર્વક તપાસ કરી રહ્યા છે. અત્યાર સુધીના પરિણામો સ્ટાન્ડર્ડ મોડલને અનુરૂપ જણાય છે, પરંતુ વધુ ડેટા સાથે કદાચ ભવિષ્યમાં કોઈ નવી વિસંગતતા જોવા મળે જે વિજ્ઞાનની નવી દિશા ખોલી શકે.

આ પ્રયોગો માટે વપરાતી ટેકનોલોજી પણ અદભૂત છે. LHC ના ચુંબકો (magnets) ને ઠંડા રાખવા માટે પ્રવાહી હિલીયમનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જે તેને અવકાશ કરતા પણ વધુ ઠંડું બનાવે છે. કણોની અથડામણથી જે ડેટા પેદા થાય છે તેને પ્રોસેસ કરવા માટે વિશ્વભરની પ્રયોગશાળાઓનું એક નેટવર્ક કામ કરે છે. આ શોધ માત્ર કણો વિશે નથી, પરંતુ તે આપણી અસ્તિત્વની મૂળભૂત કડીઓ શોધવાનો પ્રયાસ છે. જેમ જેમ આપણે ઝેપ્ટોવર્સના ઊંડાણમાં ઉતરીશું, તેમ તેમ બ્રહ્માંડના સર્જન અને તેના અંત વિશેની આપણી સમજ વધુ સ્પષ્ટ થતી જશે.