விஞ்ஞான முட்டி மோதல் – 5

இக்கட்டுரைத் தொடரின் பகுதி 1-2 | பகுதி 3-4

பல வித அணு சோதனைகளுக்கும் அடிப்படை ஹைட்ரஜன் வாயு. ஹைட்ரஜன் அணுவில் சுழலும் ஒரு எலெக்ட்ரான், அணுக்கருவினுள் உள்ள ஒரு ப்ரோட்டானைச் சுற்றுகிறது. இதில் நியூட்ரான் கிடையாது. 1930 –களில் உருவாக்கப்பட்ட முதல் அணு வேகப்படுத்தும் கருவியான சைக்லோட்ரானிலிருந்து (cyclotron) இன்று ராட்சச உருவில் அணு ஆராய்ச்சிக்கு உதவி வரும் LHC-வரையில் அடிப்படை மூலப்பொருள் ஹைட்ரஜன் வாயுதான்.ஹைட்ரஜன் இயற்கையில் சேர்மங்களாகத் (compounds) தான் தோன்றுகிறது. தண்ணீரில் பெரும் பங்கு ஹைட்ரஜனாக இருந்தாலும், இதைப் பிரித்து எடுப்பது அவ்வளவு எளிதல்ல. ஆனால், ஹைட்ரஜனைப் பிரிப்பது பழைய வேதியல். அதைப்பற்றி இங்கு விளக்கப் போவதில்லை. அணுத்துகளை வேகப்படுத்தும் எல்லா எந்திரங்களும் (particle accelerators),கருவிகளும் எலெக்ட்ரான் மற்றும் ப்ரோட்டானைச் சுற்றியே பெரும்பாலும் அமைவதற்கான காரணமும் இதுவே.

எளிய முறையில் அணுத்துகள்களை வேகப்படுத்தும் கருவி என்ற ஒன்று உண்டா?

கொஞ்ச வருஷம் முன்னால், என்னுடைய பழைய ஹிடாச்சி (Hitachi) டிவியை தெருவில் வைத்து விட்டேன். இதை விற்கிறேன் என்று விலைசொன்னால் சிரிப்பார்கள். அந்த டிவியில் அவ்வப்பொழுது சில மின்பொறிகள் தெரியும், திடீரென்று ஒரு கலர் தெரியாமல் போய்விட்டது. எல்லாம் ஒரே இளஞ்சிவப்பு (pink) மயமாகத்தெரியும். பழைய டிவிக்கும் இக்கட்டுரைக்கும் என்ன சம்பந்தம்? இது போன்ற பழைய டிவி-கள் (CRT TVs) நமக்கு மிகவும் பரிச்சயமான ஒரு அணுத்துகள் வேகக் கருவி! இந்த டிவிக்குப் பின்னால், “மிக அதிக மின்னழுத்தம் – ஜாக்கிரதை” (high voltage warning) என்று எழுதியிருக்கும். இவை, பல்லாயிரம் வோல்டேஜில் (20,000 volts) வேலை செய்பவை. எலெக்ட்ரான்கள், ஒரு மின்துப்பாக்கியிலிருந்து திரை நோக்கி அதி வேகமாகச் செலுத்தப்படுகின்றன. வேகமாக, திரை நோக்கி வரும் எலெக்ட்ரான்கள், திரையில் உள்ள ஃபாஸ்பரைத் (phosphor) தாக்கி, அவற்றில் சில எலெக்ட்ரான்கள், அடுத்த சக்தி அளவுக்கு தாண்டி, தன்னுடைய ஸ்திரமான சக்தி அளவுக்கு மீண்டும் திரும்பத் தாவும்போது, ஒளித் துகள்களை (ஃபோட்டான்) வெளியேற்ற, அதுவே படமாக, சூர்யாவாகிறார்! இதில் உள்ள முக்கிய விஷயங்கள் இரண்டு.

1) அணுத்துகள்களை ஒரு பாதையில் செலுத்த, உயர் அழுத்த மின்சாரம் தேவை (இது இன்றுள்ள LHC வரை உண்மை)

2) இப்படிப்பட்ட அணுத்துகள்கள் ஓரளவிற்குத்தான் நாம் எதிர்பார்த்த பாதையில் செல்லும். இதனால்தான், பழைய டிவிகள் ஓரளவிற்கு மேல் பெரிய சைசில் வரவில்லை. அதுவும் எலெக்ட்ரான்கள் மிகவும் சன்னமானவை! இவற்றை வெற்றிடத்தில் (vacuum) ஓரளவிற்கு மேல்,வெறும் உயர் அழுத்த மின் மண்டலத்தைக்(high voltage electrical field) கொண்டு கட்டுப்படுத்தி, வேண்டிய பாதையில்செலுத்துவது கடினம்.

அணுவை வேகப்படுத்தும் கருவி ஏன் தேவைப்பட்டது?

ரூதர்ஃபோர்ட் (Ernest Rutherford) இங்கிலாந்தைச் சேர்ந்த, புகழ் பெற்ற அணு விஞ்ஞானி. இவர், பல அணு பெளதிகப் பிரச்னைகளைத் தீர்க்க ஒரே வழி, அணுக்கருவிற்குள் என்ன இருக்கிறது என்று சரியாக புரிந்து கொள்வதுதான் என்று தன்னுடைய 1927 உரையில் சொன்னது பல விஞ்ஞானிகளுக்கு ஒரு பெரிய ஊக்குவிக்கும் சவாலாகப் பட்டது. அமெரிக்க விஞ்ஞானி எர்னெஸ்ட் லொரன்ஸ் (Ernest Lawrence), மற்றும் நார்வே நாட்டைச் சேர்ந்த ரால்ஃப் விதரோ (Rolf Widerøe) இதை ஒரு சொந்தச்சவாலாக ஏற்று, அணுத்துகள் வேக எந்திரங்களை உருவாக்கினார்கள்.

நமது பழைய டிவியைவிட அதிக வேகத்தில் எப்படி எலெக்ட்ரான்களை ஒரு நேர் பாதையில் பயணிக்க வைப்பது? பழைய டிவியில் இருக்கும் குழாயைப்போல சில வெற்றிடக் குழாய்களை (vacuum tubes)அமைத்து, அவற்றை இணைத்தார், விதரோ. குழாய்களின் நடுவே மாறு மின்னோட்டச் (alternatingcurrent) சக்தியால், எப்படி எலெக்ட்ரான்களை வேகப்படுத்த முடியும் என்று யோசித்தார். மாறு மின்னோட்ட சக்தியின் அதிர்வெண்ணை (frequency) குழாய்களின் நீளத்துக்கு இணங்கச் சரி செய்தார்.ஒவ்வொரு முறை இந்தக் குழாய் இடைவெளியைத் தாண்டும்பொழுது, எலெக்ட்ரான்கள் வேகப்படுத்தப்பட்டுக் கொண்டே வந்தன என்று காண்பித்தார் விதரோ. நீளமான அணுத்துகள் வேக எந்திரங்கள் – செல்லமாக லினாக் (Linac – Linear Accelerator) என்று இன்று அழைக்கப்படுகின்றன. எல்லாவற்றுக்கும் அடிப்படை விதரோவின் யோசனைதான்!

பறக்கும் அணுத்துகள்களை எப்படி, மீண்டும் மீண்டும் வெற்றிடக் குழாய் இடைவெளிக்குள் வர வைப்பது? லொரன்ஸின் பங்கு இதில் முக்கியமானது. காந்த மண்டலம் ஒன்றை உருவாக்கினால் (magnetic field), பறக்கும் அணுத்துகள்களை வட்டப் பாதையில் செலுத்த முடியும் என்று அவர் கண்டு பிடித்தார். அப்படி அவர் கண்டுபிடித்த எந்திரம், சைக்ளோட்ரான் (cyclotron). இன்று எவ்வளவோ வளர்ந்துவிட்ட நிலையில் அணுத்துகளை வேகப்படுத்தும் எந்திரங்கள் இருந்தாலும், அடிப்படையாக லொரன்ஸ் கண்டுபிடிப்பின்படியே வேலை செய்கின்றன. இன்று சைக்லோட்ரான், உலகெங்கும், பல வகைகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. குறிப்பாக, பலவிதக் கதிரியக்க மருந்துகள் இன்று சைக்லோட்ரான் உதவியுடன் தயாரிக்கப்படுகின்றன. எந்தப் பெரிய மருத்துவமனைக்குச் சென்றாலும், அணு மருத்துவப் (Nuclear Medicine) பிரிவு என்ற ஒன்றைக் காணலாம். லொரன்ஸ் வசித்து ஆய்வுகள் நடத்திய, கலிஃபோர்னியாவில் உள்ள பெர்க்லி (Berkeley, CA) நகரம் அன்றும், இன்றும் அணு ஆராய்ச்சிக்குப் புகழ் பெற்றது. அங்குள்ள ஒரு முக்கியமான ஆராய்ச்சிசாலைக்கு அவருடைய பெயரையே சூட்டி (Lawrence Livermore Laboratory) கெளரவப்படுத்தியுள்ளார்கள்.

இதோ, பெர்க்லி ஆராய்ச்சிசாலையின் அழகான ஃப்ளிக்கர் புகைப்படத் தொகுப்பு –அணு ஆராய்ச்சியின் சரித்திரத்தைக் காட்டும் படங்கள்:

Berkeley Lab History – a photoset by Lawrence Berkeley National Laboratory on Flickriver

ராட்சச எந்திரம் என்று பலமுறை சொல்லியுள்ளீர்கள்? எதை வைத்து ராட்சச எந்திரம் என்று தீர்மானிக்கிறார்கள்?

பொதுவாக, ராட்சச அளவு என்று சொல்கையில் பெரும் கொள்ளளவு, அல்லது அதிக உயரம், அகலம் போன்ற விஷயங்களை வைத்துச் சொல்கிறோம். உதாரணத்திற்கு, கனடா-அமெரிக்கா நாடுகளிடையே உள்ள சுபீரியர் ஏரியை (Lake Superior) ராட்சசஏரி எனலாம். – கடலைப் போன்று காட்சியளிக்கும் இந்த ஏரி, உலகின் மிகப் பெரிய குடிநீர் ஏரி. 82,100 சதுரக் கி.மீ. பரப்புள்ள குடிநீர் ஏரி இது. ஒரு கரையிலிருந்து இன்னொரு கரை தெரியாது. ஆக, பரப்பளவும் ராட்சசத்தனத்தின் ஒரு அளவுகோல்.

அணுத்துகளைவேகப்படுத்தும் எந்திரங்கள் முதலில் ஆராய்ச்சிசாலையில்தான் உருவாயின. போகப் போக அவற்றின் பரப்பளவுத் தேவை மிகப் பெரியதாகி, ஆராய்ச்சிசாலையை விட்டு வெளியே வர வேண்டிய கட்டாயம் ஏற்பட்டது. ஆராய்ச்சிசாலையிலிருந்து, அவ்வகை எந்திரங்கள் ஏராளமாகத் தேவைப்பட்ட இடத்தை நாடி, பூமிக்கு கீழே இடம் மாறின. சிகாகோ அருகில் உள்ள ஃபெர்மி அணுத்துகள் ஆராய்ச்சி வசதி (Fermi National Accelerator Laboratory), பூமிக்கு அடியே 6 கி.மீ. நீளத்திற்கு (வட்ட வடிவு) சுரங்கத்திற்குள் உள்ளது. இந்த வசதிஇருக்கிற இடத்துக்கு மேலே, தரைமட்டத்தில், மாடுகள் இன்றும் மேய்ந்து கொண்டுதான் இருக்கின்றன! அதைப்போலவே, கலிஃபோர்னியாவில், ஸ்டான்ஃபோர்டில் உள்ள லினாக் (Stanford Linear Accelerator Laboratory – SLAC), 3 கி.மீ. நீளமுள்ள வசதி. உலகின் மிக நீளமான அணுத்துகள் ஆராய்ச்சி நிலயங்களில் ஒன்று. ஜெனீவாவில் உள்ள LHC பூமிக்கு 100 மீட்டர் அடியில், 27 கி.மீ. நீளமுள்ள ஒரு வட்டச் சுரங்கம். இந்த சுரங்கத்தின் விட்டம் 3 மீட்டர்கள். ஜூரா மலைகளுக்கடியே 1 மில்லியன் டன்கள் பாறைகளைத் தோண்டி எடுத்து 1989 –ல் உருவாக்கப்பட்ட சுரங்கம் இது. LHCதான் புதிது, சுரங்கம் அல்ல. ஆனால், அணுத்துகளை வேகப்படுத்தும் எந்திரங்களின் ராட்சசத்தனத்திற்கு வெறும் பரப்பளவு, அல்லது நீளம் மட்டும் ஒரு அளவுகோல் அல்ல.ஒரு சாதாரண மின்கலன் (டார்ச் விளக்கிற்கு உபயோகப்படுத்துவது –D, AA, AAA போன்ற அளவுகளில் வருவது) 1.5 வோல்ட் (volts) மின்னழுத்தம் தரும் சக்தி உள்ளது. அதாவது, ஒவ்வொரு எலெக்ட்ரானுக்கும் 1.5 வோல்ட் மின்னழுத்தம் தரும்.ஒரு அணுத்துகளான எலெக்ட்ரான் அளவில்இது ஒரு 1.5 எலெக்ட்ரான் வோல்ட் (1.5 Electron volt or eV) என்று சொல்லப்படுகிறது. நம்முடைய பழைய டிவியில் 20,000 வோல்ட் அழுத்தம் தரப்படுவதால், இதை 20 KeV என்கிறார்கள். இதைப்போலவே 10 லட்சம் வோல்ட் அழுத்தம் தரப்பட்டால், அதுமில்லியன் eVஅல்லது MeVஎன்று சொல்லப்படுகிறது.ஓராயிரம் MeV ஒரு GeV ஆகிறது. ஓராயிரம் GeV ஒரு TeV ஆகிறது.

LHC –ல் மின்னழுத்தம் 7TeV வரை அணுத்துகள்களை அழுத்தும் சக்தி கொண்டவை. அதாவது, 700,000 கோடி மின்கலன்களின் அழுத்தம் என்றால் பாருங்களேன்! (2Gஊழலை விட சொஞ்சம் பெரிய எண்!)

லொரன்ஸின் முதல் சைக்லோட்ரான் வெறும் 80keV சக்தி கொண்டது. இவரது அடுத்த கட்ட முயற்சி, அதை எப்படியாவது 1 MeV வரை சக்தி கூட்டுவது. படிப்படியாக மின்னழுத்தத்தைச் சிலபல MeV -களாக உயர்த்த முயற்சி செய்து வெற்றியும் கண்டார்கள். 1950 –களில் GeV–யைத் தொட்டுவிட்டார்கள். இரண்டு பிரச்னைகள் இவர்களை மிரட்டின. இப்படிப்பட்ட ஏராளமான மின்னழுத்தத்திற்கு தேவை, மிகப் பெரிய காந்தங்கள். ராட்சச காந்தங்கள் தயாரிப்பதில் சிக்கல்கள் ஏராளம். அப்படியே காந்தங்களைத் தயாரித்தாலும், அணுத்துகள் மோதல்களில் ஏற்படும் தாற்காலிக துகள் ஆராய்ச்சிக்கு மிகப் பெரியதிறனுணர்த்திகள் (Detectors) தேவைப்பட்டன. மிகப் பெரிய திறனுணர்த்திகளையும், ஏராளமான மின்னழுத்தம் தரும் காந்தங்களையும் ஒரு சர்வகலாசாலையில் கட்டுவது கூட சிரமமாகியது. 1980 –களில், ஆராய்ச்சிசாலை பூமியடியே மாறியது! இன்று CERN – ன் LHC –ல் சுரங்கத்துள் 4 ராட்சச குகைகள் (caverns) உண்டு. இந்தக் கோவில் அளவு குகைகளில், உலகின் மிகப் பெரிய திறனுணர்த்திகள்(particle detectors) நிறுவப்பட்டுள்ளன. ஆக, ராட்சசத்தனம் இத்துறையில், பரப்பளவு, மின்னழுத்தம், காந்தசக்தி மற்றும் திறனுணர்த்திகளின் திறன் கொண்டு அளவிடப்படுகிறது.

பெரிய அணுத்துகள் வேகப்படுத்தும் எந்திரங்கள் ஏன் தேவைப்பட்டன?

மிகவும் சுவாரசியமான கேள்வி. தேவை இல்லாமல், யாரும் கஷ்டப்பட மாட்டார்கள். முன்னம் சொன்னது போல, அணுக்கருவை தகர்த்தால்தான் அதில் உள்ள சக்திகளின் ரகசியங்களைப் புரிந்து கொள்ளலாம். அணுக்கருவில் உள்ள அபார,”பலமான சக்திக்கு” பையான் (pion) என்ற அணுத்துகள் காரணம் என்றும் பார்த்தோம். அணுக்கருவை பையான் சக்தியிலிருந்து விடுவிக்க குறைந்தபட்சம் 150 MeV சக்தி தேவைப்படும் என்று கணக்கிடப்பட்டது. அல்லது, பையானை சரியாக ஆராய, இத்தகைய சக்தி வாய்ந்த ஒரு கருவி தேவைப்பட்டது. ஆரம்பத்தில், அண்டக்கதிர்களை ஆராயத் தொடங்கிய விஞ்ஞானிகள், அணுவின் அடிப்படை கட்டுமானத்தைப் பற்றிய புதிய, ஆனால் குழப்பமான விஷயங்களை அறியத் தொடங்கினர். ஏன் அண்டக்கதிரை உலகிலேயே மனிதனால் உருவாக்க முடியாது என்ற கேள்விக்குப் பதில் காணும் முயற்சியாக அணுத்துகளை வேகப்படுத்தும்சில பெரிய எந்திரங்கள் (particle accelerators) உருவாக்கப்பட்டன. ஆனால், மிக முக்கியமாக எதிர் மின்னூட்ட அணுத்துகள்களை (anti-particles) ஆராய இன்னொரு விஞ்ஞானக் குழு துடித்தது. இது போன்ற அணுத்துகள்களை உருவாக்க சில GeV சக்தி தேவைப்பட்டது. இப்படித்தான், படிப்படியாக சக்தி வாய்ந்த அணுத்துகளை வேகப்படுத்தும் எந்திரங்கள், உலகில் 1,000 வரை இன்று உள்ளன.

அத்துடன், குறிப்பாக, 2003 காலகட்டத்தில் ஃபெர்மி ஆராய்ச்சிசாலைக்குநிதி ஒதுக்கலில் பெரும் குறைப்புகள் நேர்ந்தன (budget cuts). பல அடிப்படைக் கேள்விகளுக்குப் பதில் காண, மிகப் பெரிய எந்திரங்கள் தேவையாக இருந்தன. அமெரிக்க முதலீடு இந்தத் துறையில் குறைந்தவுடன், CERN இதை ஒரு சவாலாக எடுத்துக் கொண்டு பன்னாட்டு கூட்டு முயற்சியாக LHC மற்றும் அதன் திறனுணர்த்திகள் பற்றிய திட்டத்தை உலகிற்கு அறிவித்தது.

****        ****              ****              ****             ****

பகுதி – 6

என்ன, LHC பற்றியக் கட்டுரையில் ஒரே அமெரிக்க விஞ்ஞானம் பற்றியே சொல்லப்பட்டுள்ளதே. LHC இருப்பது ஸ்விஸ்/ஃப்ரான்ஸ் நாட்டில் அல்லவா?

இந்த ஆராய்ச்சிக்கான ஆரம்ப முயற்சிகள் பெரும்பாலும் அமெரிக்காவில்தான் தொடங்கின. அமெரிக்கர்கள், இந்த விஷயத்தில் கில்லாடிகள். முதலில்,நாட்டின் இரு கரைகளிலும் இரண்டு ஆராய்ச்சிசாலைகளைத் தொடங்கி வைத்தனர். கலிஃபோர்னியாவில் உள்ள பெர்க்லி ஒரு ஆராய்ச்சி தளம். மற்றொன்று நியூயார்க்கில் உள்ள ப்ரூக்ஹேவன் (Brookhaven National Laboratory) என்ற இடத்தில். இரு ஆராய்ச்சிக் கூடத்திற்கும் கடும் போட்டி – யார் முதலில் புதிய அணுத்துகள்களை கண்டுபிடிக்கிறார்கள், அல்லது யார் அணுச்சிதறலுக்காக ஏராளமான மின்னழுத்த நிலையை உருவாக்குகிறார்கள், என்று. மெதுவாக சிகாகோ, கார்னெல், என்று தொடங்கி அமெரிக்காவிலேயே பிற இடங்களிலிருந்தும், யூரோப்பில் பல இடங்களிலும், குறிப்பாக இங்கிலாந்து மற்றும் ஜெர்மனியிலும்,அணுத்துகளை வேகப்படுத்தும் எந்திரங்கள் இந்த போட்டியில் சேர்ந்து கொண்டன. இதில் அமெரிக்கப் பல்கலையான ஸ்டான்ஃபோர்டும் சேர்ந்து கொண்டது.

இன்றைய LHC–க்கு பல முன்னோடிகள் இந்தப் போட்டியில் உருவானவைதான். ஒவ்வொரு பெரிய ஆராய்ச்சிசாலையின் கண்டுபிடிப்பும் இன்று ஏதோ ஒரு விதத்தில் LHC உருவாக உதவியுள்ளது. ஏராளமாக முன்னேறிய குவாண்டம் இயக்கவியலும் இதற்கு உந்துகோலாக உதவியது. குவாண்டம் இயற்பியலாளர்கள் (theoretical physicists) பலவித புதிய அணுத்துகள்கள் இருக்கும் சாத்தியக்கூறுகளைத் துல்லியமாக கணக்கிட்டுச் சொல்லிவிட்டார்கள். ஆனால், அந்தக் கோட்பாடுகள் சரியா அல்லது தவறா என்று உறுதிப்படுத்த மிகப் பெரிய எந்திரங்கள் (அதாவது ஏராளமான மின்காந்த சக்தி) தேவையானது. ஆனால், பல சோதனை ஆராய்ச்சியாளர்களுக்கும் சவால்கள் ஏராளமாய் இருந்தன. உதாரணத்திற்கு, எலெக்ட்ரான் மிகவும் சன்னமானது என்று ஏற்கனவே குறிப்பிட்டிருந்தோம். எலெக்ட்ரான்களை நேர் பாதையில் செலுத்துவதே பெரிய சவால் (மயிலிறகை நேர் பாதையில் செலுத்துவது எல்லாம் ஒப்பிட்டால் ஒன்றுமே இல்லை!). ஏராளமான மின்னழுத்தம் கொண்டு, எப்படி எலெக்ட்ரானை நேர்பாதையில் துல்லியமாக செலுத்துவது என்பதை விஞ்ஞானிகள் கற்றுக் கொண்டுவிட்டார்கள். ஆனால், காந்தங்களைக்கொண்டு இதன் பாதையை வளைக்க முடியவில்லை. சன்னமான எலெக்ட்ரான், நேர்பாதையிலிருந்து சிதறிவிடும். இவை செலுத்தப்படும் குழாய்களின் விளிம்பிற்குத் தப்பிச் சென்று அணுத்துகள் கற்றை (atomic particle beam) வளைவில் காணாமல் போய்விடும்.

ஸ்டான்ஃபோர்டு விஞ்ஞானிகள் இதற்காக 3 கி.மீ. நீளமுள்ள வெற்றிடக்குழாய்களில் எலெட்ரான்களை வேகப்படுத்தி, பிறகு இரு எலெக்ட்ரான் கற்றைகளாய் (particle beams) மோதவிட்டு வெற்றி கண்டார்கள். பாஸிட்ரான் என்ற எலெக்ட்ரானின் எதிர்மறை மின்னூட்டம் கொண்ட அணுத்துகளை இப்படித்தான் செயற்கையாக உருவாக்கினார்கள். இதே போல, ஃபெர்மி ஆராய்ச்சியாளர்கள் பல புதிய முன்னேற்றங்களை இத்துறைக்குக் கொண்டு வந்துள்ளார்கள். இன்றைய வெற்றிடத் தொழில்நுட்ப வளர்ச்சியில் (vacuum technology) மிகப் பெரிய பங்கு இவர்களுடையது. இன்னொரு பெரிய விஷயம் என்னவென்றால், ஓரளவிற்கு மேல், காந்த சக்தியைக் கூட்டுதலில் சிக்கல் என்னவென்றால், காந்தங்கள் மிகவும் சூடேறிவிடும். ஃபெர்மி ஆராய்ச்சியாளர்கள், இந்தப் பிரச்னையை மிகைகடத்துத் திறன் கொண்ட காந்தங்கள் (superconducting magnets) மூலம் தீர்த்தார்கள். இவற்றில் என்ன சிக்கல் என்றால், இவற்றை ஏராளமாகக் குளிர்விக்க வேண்டிய கட்டாயம் ஏற்பட்டது. இது போன்ற பல உத்திகள் இன்று LHC –யில் உபயோகத்தில் உள்ளன. இன்றைய LHC, பல பழைய உத்திகளை மேம்படுத்தி, ஏராளமான சக்தி அளவில், புதிய அடிப்படை பெளதிக அறிவை விரிவுபடுத்தும் முயற்சி.

அணுத்துகளை வேகப்படுத்தும் எந்திரங்கள் மிகவும் எளிதான பெளதிகத்தை ஏராளமாக குழப்பி விட்டனவோ?

நியாயமான கேள்விதான். 1950 முதல் 1970 வரை ஏராளமான புதிய அணுத்துகள்களை விஞ்ஞானிகள் கண்டறிந்து வெளியிட்டார்கள். இவர்கள் இதற்கிட்ட பெயர்களும் வினோதமானவை. குறிப்பாக மர்ரே ஜெல்மேன் (Murray Gel-Mann)என்ற அமெரிக்க விஞ்ஞானி குவார்க் என்ற பெயரைப் புதிய அணுத்துகள் குடும்பத்திற்கு வைத்தார். இக்குடும்பத்தில் உள்ள துகள்களுக்கு ’மேல்’, ’கீழ்’, ’மேல்நோக்கி’, ‘கீழ்நோக்கி’, ’வினோதம்’ போன்ற பெயர்கள் கொடுக்கப்பட்டன. துவக்கத்தில், ஊடகங்களில் இப்படிப்பட்ட பெயர்கள் பலவற்றை கண்டவுடன் குழப்பமாகத்தான் இருந்தது. ஆனால், 1970 –களில் நியமான அணு அமைப்பு மாடல் (Standard Atomic Model) உருவாகியவுடன் பல குழப்பங்கள் தீர்ந்தன. இன்றும் அணுத்துகள் ஆராய்ச்சியின் அடிப்படை 1970 –களில் உருவாக்கப்பட்ட இந்த மாடல் தான். இதைப்பற்றி அடுத்த பகுதியில் விரிவாக அலசுவோம்.

அணுத்துகள் மோதல்களைப் பார்க்க முடியாதபோது எப்படி புதிய அணுத்துகள்கள் இருப்பதை விஞ்ஞானிகள் கண்டறிகிறார்கள்?

அணுத்துகள்களை வேகப்படுத்துவது, மிக முக்கிய பிரச்னைதான். ஆனால், மோதிய அணுத்துகள் கற்றைகளை (கண்ணுக்கு தெரியாதவை) ஆராய்வது என்பது மிகப் பெரிய சவால். இன்றைய அணு ஆராய்ச்சி முன்னேற்றத்திற்கு முக்கியமான காரணமானவை அணுத்துகள் திறனுணர்த்திகள் (particle detectors). அவற்றை உருவாக்குவது ஒரு பெரும் விஞ்ஞான சவால்.

முதலில் மேக அறையுடன் (cloud chamber) விஞ்ஞானிகள் போராடினார்கள். இதன் பிறகு க்ளேசர் என்பவரால் குமிழ் அறை (bubble chamber) என்பது கண்டு பிடிக்கப்பட்டது. வாயுவில் சக்தி கொண்ட அணுத்துகள்கள் மேற்கொண்ட பாதையை அறிவது கடினம். இதனால், திரவத்திற்கு மாறினார்கள்.

சூடான (கொதிநிலைக்குச் சற்று கீழ்நிலை) திரவத்திற்குள் அதிசக்தி வாய்ந்த அணுத்துகள்களைப் பாய்ச்சினால், அவை ஒரு குமிழ் பாதையை உருவாக்கும். அந்தப் பாதையைப் புகைப்படம் எடுத்தால், என்ன நடக்கிறது என்று அறியலாம். முதலில், பல்வேறு திரவங்களை முயற்சி செய்து, கடைசியில், 1950 –களில், அழுத்தத்தில் உள்ள ஹைட்ரஜன் திரவத்தில் வெற்றி கண்டார்கள். கண்ணாடி அறையில் இருப்பதால், அத்துடன் இணைத்த காமிராக்கள் சிதறும் அணுத்துகள்களின் பாதையைப் படம் பிடித்தன. பெரிய காற்றழுத்திகள் ஹைட்ரஜனை திரவ நிலையில் பாதுகாப்பாக வைத்து, துல்லிய காமிராக்களுடன் படம் பிடித்தன. இந்த இடத்திலேயே இதெல்லாம் எங்கே இட்டுச் சென்றன என்பது சற்று புரிந்திருக்கலாம். பெரிய சைக்லோட்ரான்கள் மற்றும் திறனுணர்த்திகள், ராட்சச காந்தங்கள் எல்லாம் ஆராய்ச்சிசாலையில் இடத்தை பெரிதாக எடுத்துக் கொள்ளத் தொடங்கின. இப்படித்தான். அணுத்துகள் திறனுணர்த்திகளுக்கு ஏராளமான இடம் தேவை.இன்று CERN – ன் LHC –ல் சுரங்கத்துள் 4 ராட்சச குகைகள் (caverns) உண்டு. இந்தக் கோவில் அளவு குகைகளில், உலகின் மிகப் பெரிய திறனுணர்த்திகள் (particle detectors) நிறுவப்பட்டுள்ளன.

படிப்படியாக குமிழ் அறையிலிருந்து, பொறி அறைஎன்னும் திறனுணர்த்திக்கு (Spark chamber) மாறுவது நேர்ந்தது. பொறி அறைகள் துல்லியமாக முன்னூட்டம் பெற்ற அணுத்துகள்களை சரியாக அறிந்து கொள்வதற்கு உதவின.திறனுணர்த்திகள் விஷயத்தில் உள்ள மிகப் பெரிய சவால் என்னவென்றால், 5 நிமிட சினிமா பாடலில் வரும் நாயகி யாரென்று யோசிப்பது போன்ற விஷயமல்ல. சில நானோநொடிகளே தோன்றி மறையும் அணுத்துகள்களைக் கண்டு அறிவதுதான் எத்தனை கடினமான வேலை? இன்று திறனுணர்த்திகள் கணினி வழங்கி வயல்களின் (computer server farms) துணையுடன் இயங்குகின்றன என்பதால் செயல்பாட்டில் மிகவும் துல்லியமானவை என்றாலும், அமைப்பில் மிகவும் சிக்கலானவையும் கூட. ஒரு பெரிய கோவில் அளவு பூமியின் 100 மீட்டர் அடியில் பல திறனுணர்த்திகள் மோதும் அணுத்துகள் கற்றைகளிலிருந்து உருவாகும் அத்தனை அணுக்குப்பைகளையும் (atomic debris) பதிவு செய்து ராட்சச கணினி வயல்களுக்கு அனுப்பிவிடுகின்றன. உலகெங்கும் விஞ்ஞானிகள் இந்த கணினிகள் பதிவுசெய்த டேடாவை அலசி, பல முடிவுகளுக்கும் வருகின்றனர்.

இத்தனை செலவு செய்து உருவாக்கிய எந்திரங்களை அதன் பயன்பாடு முடிந்தவுடன் என்ன செய்வார்கள்?

அணுத்துகளை வேகப்படுத்தும் எந்திரங்கள் சாதாரண விஷயமல்ல. பல மில்லியன், ஏன் பில்லியன் டாலர்கள் வரை செலவில் தயாராகுபவை.. அவற்றைப் பராமரிப்பதும் சிரமமான விஷயம். இதை விஞ்ஞானிகள் முற்றிலும் அறிவார்கள். இந்தத் துறையில், முடிந்தவரை பழைய எந்திரங்களை, வடிவமைப்பில் புதிய மாற்றங்கள் செய்து மீண்டும் உபயோகிக்க முயற்சி செய்கிறார்கள். உலகின் மிகப் பெரிய அணுத்துகள் ஆராய்ச்சிசாலை எல்லாவற்றிற்கும் இது பொருந்தும். உதாரணத்திற்கு, LHC என்பது அணுத்துகள்கள் பயணம் செய்யும் கடைசி கட்டம். இதற்கு முன்னுள்ள கட்டம் எல்லாம் CERN – ன் பழைய எந்திரங்களில்தான். பழைய எந்திரங்கள் புதிய முயற்சிக்காக பெரிதும் மாற்றப்பட்டுள்ளன. மேலும், இன்றைய LHC இருக்கும் சுரங்கம் 1989 –ல் LEP (Large Electron Positron Collider) என்ற எந்திரத்திற்காக உருவாக்கப்பட்டது.

புகைப்படம் மூலம் அணுத்துகள்களை ஆராய்வது ஹைதர் காலத்து விஷயம் போல உள்ளதே. கணினிகள் உதவாதா?

1950 –களில் கணிகள் மிகவும் விலைகூட. 1960-களில், கணினிகளின் சக்தி விஞ்ஞானிகளுக்குப் புரிய ஆரம்பித்தது. புகைப்படங்களை ஆராய்ந்து பல்லாயிரம் கணக்குகளை திருப்பித் திருப்பி செய்வது சோர்வடையச் செய்யும் விஷயம். திரும்பத் திரும்ப துல்லியமாய் அலுக்காமல் வேலை செய்வதற்கு உருவாக்கப்பட்ட எந்திரங்கள் கணினிகள். புகைப்படங்களை ஸ்கான் செய்து அதில் உள்ள கீற்றுக்களை ஆராய, 2 வருடம் உழைத்து ஒரு நிரலை உருவாக்கினார்கள். மனிதர் ஒரு நாளைக்கு 2 அல்லது 3 ஸ்கான்களை அலசும் வேகத் திறனிலிருந்து மணிக்கு 100 ஸ்கான்களை அலசும் அளவுக்கு உயர, 1960-களில் கணினிகள் உதவின. மெதுவாக, பல சலிப்பு தட்டும் அலசல் வேலைகளுக்கும் கணினிகள் உபயோகிக்கப்பட்டன. இன்று, பல திறனுணர்த்திகள் மின்னணுவியல் மயமாகி விட்டன. மின்னணு குமிழ் அறை உண்டு, மேலும் அலசுவதில் மனிதத் தவறுகள் பெரும்பாலும் குறைக்கப்பட உதவுவதால்துல்லியமான முயற்சிக்கான அத்தியாவசியத் துணைவனாக கணினிகள் மாறிவிட்டன.

[தொடரும்]