துகள்கள்

மூலம்: கார்லோ ரொவெல்லி

சென்ற கட்டுரையில் விவரித்தபடி, பிரபஞ்சத்தினுள்  ஒளியும் பொருட்களும் நகர்கின்றன. ஒளி, ஐன்ஸ்டைனின் உள்ளுணர்வால் கண்டறியப்பட்ட ஒளித்துகள்களால் (ஒளிர்மின்மம்- Photon) ஆனது. நாம் பார்க்கும் பொருட்கள் அணுக்களால் ஆனவை. ஒவ்வொரு அணுவும் எதிர்மின்ம துகள்களால் (electrons) சுற்றிவரப்படும் அணுக்கருவைக் கொண்டுள்ளன. ஒவ்வொரு அணுக்கருவும்  நேர்மின்ம (Proton) மற்றும் நடுமின்ம (Neutron) துகள்களால் இறுகக் கட்டப்பட்டவை. இந்த நேர்மின்மம் மற்றும் நடுமின்மம்  இன்னமும் சிறிய க்வார்க்குளால் ஆனவை. புகழ் பெற்ற அமெரிக்க இயற்பியலாளர் முர்ரே கெல் மான், ஜேம்ஸ் ஜாய்ஸின் Finnegans wake நாவலில் வரும் உளறலான three quarks for muster mark வரியில் கிறுக்குத்தனமான வார்த்தையான quarks என்பதால் ஈர்க்கப்பட்டு நுண் துகள்களுக்கு அந்த வார்த்தையையே பெயராக வைத்தார். எனவே நாம் தொடக்கூடிய எந்த ஒரு பொருளும் எதிர்மின்மம் மற்றும் க்வார்க்குகளால் ஆனது.

நேர்மின்மம் மற்றும் நடுமின்மங்களுள் க்வார்க்குகளை‌ ‘ஒட்டி’ வைத்திருக்கும் விசையை உண்டாக்கும் நுண்துகளை இயற்பியலாளர்கள் சிறிது நகைச்சுவை உணர்வுடன் ஒட்டுமின்மம் (Gluons) என்று அழைப்பார்கள்‌.

எதிர்மின்ம, க்வார்க்குகள், ஒளிர்மின்ம மற்றும் ஒட்டுமின்ம நுண்துகள்கள் ஆகியவையே நம்மைச் சுற்றியுள்ள வெளியில் அசையும் அனைத்தின் அடிப்படைப் பகுதிகளாக உள்ளன.  துகள் இயற்பியலில் ஆராயப்படும் ஆதார நுண்துகள்கள் இவையே. இவற்றுடன் இன்னும் சில – பிரபஞ்சம் முழுவதும் மொய்த்திருந்தும் மிகச் சிறிய அளவிலும் கூட தொடர்புறுத்தாத நியூட்ரினோ மற்றும் மிகச் சமீபத்தில் ஜெனிவாவில் செர்னின்( CERN)  large hadron collidor ஆய்வகத்தில் கண்டுபிடிக்கப்பட்ட ஹிக்ஸ் போஸான் ஆகியவை சேர்க்கப்பட்டுள்ளன. பிரம்மாண்டமான லெகோ பொம்மை கட்டுமானம் போல நம்மைச் சுற்றியுள்ள ஒட்டுமொத்த பருப்பொருள் நிதர்சனத்தையும் கட்டமைத்துள்ளது, இந்த  ஒரு கையளவு ஆதார மூலக்கூறுகளே.

இந்த நுண்துகள்களின் தன்மை மற்றும் இயக்கவிதிகளை துளிம இயக்கவியல் விளக்குகிறது. இவை  தத்தமது புலத்தின் துளிம தன்மைகளை கொண்டிருக்கின்றன – ஒளிர்மின்மம் மின்காந்த புலத்தின் துளிமத்தினை கொண்டிருப்பது போல அல்லாது கூழாங்கற்கள் மாதிரியான தன்மையினை கொண்டிருக்கவில்லை.  பாரடே ( Faraday ) மற்றும் மாக்ஸ்வெல்லின் (Maxwell) புலங்களைப் போல இந்த துகள்கள் தொடர்ச்சியாக நகர்ந்து கொண்டிருக்கும் கீழடுக்குகளின் ஆதார கிளர்ச்சிகள் மட்டுமே. மிகச்சிறிய சிற்றலைகள். காண்பவை அனைத்தும்  உறுதியற்ற, வெறும் பரிமாற்றங்களுக்கு இடையிலான தாவல்கள் மட்டுமே என்னும் நிலையில் துளிம இயக்கவியலின் விசித்திரமான கொள்கைகளின் படி தோன்றவும் மறையவும் செய்பவை.

 வெளியின் மிகச் சிறிய, அணுக்களே இல்லாத எந்த பகுதியை ஆராய்ந்தாலும் நுண்துகள்களின் மிக நுண்ணிய பரவலை கண்டறிய முடியும். முழுமையான வெறுமை என எதுவும் இங்கில்லை.  எவ்வாறு அமைதியான கடல் கூர்நோக்கில் மிகச் சிறிய அளவிலாவது அசைந்து ஊசலாடுகிறதோ , அவ்வாறு பிரபஞ்சத்தினை உருவாக்கிய புலங்கள் , துகள்களின் மிகக் குறுகிய இருப்பு மற்றும் அவற்றின் தொடர் தோற்றம் மற்றும் மறைவின் காரணமான மிக நுண்ணிய ஊசலாட்டங்களுக்கு  உட்பட்டவை. 

துளிம இயக்கவியல் மற்றும் துகள் கொள்கை விவரிக்கும் உலகம் இதுவே.  லாப்லாஸூம் நியூட்டனுடையதுமான, நிரந்தர வடிவமைப்புடைய‌ வெளியில், ஒரு மிகச்சிறிய கூழாங்கல்  நீளமான துல்லிய எறிபாதையில் முடிவின்றி பயணிக்கும் இயந்திர உலகிலிருந்து வெகுதூரம் சென்று விட்டோம். நுண்துகள் பரிசோதனைகளும் துளிம இயக்கவியலும் பிரபஞ்சம் என்பது இடைவிடாத, ஓய்வற்று அசையும் பொருட்களால் ஆன ஒன்று ;   தொடர்ச்சியாக பார்வைக்குத் தோன்றி மறையக்கூடிய அற்பாயுளுடைய பொருட்கள் என்று கற்பிக்கின்றன. அறுபதுகளின் ஹிப்பிக்களின் உலகம் போன்று அதிர்வுகளின் ஒரு தொகுப்பு. பொருட்களால் அல்லாது நிகழ்வுகளாலான பிரபஞ்சம்.

நுண்துகள் கொள்கை 1950களில் தொடங்கி, 1960 மற்றும் 1970 வரை இந்த நூற்றாண்டின் மிகச் சிறந்த இயற்பியலாளர்களான முர்ரே கெல் மான் (Murray Gel-mann)மற்றும் ரிச்சர்ட் ஃபன்மன் ( Richard Feynman) போன்றவர்களால்  படிப்படியாக விரிவாக்கப்பட்டது.  துளிம இயக்கவியல் அடிப்படையிலான, ‘ பொது மாதிரிக் கொள்கை’ ( Standard Model theory) என்னும் தட்டையான பெயருடைய தேற்றத்திற்கு இருவரது செயல்பாடும் வித்திட்டது. அனைத்து கணிப்புகளும் உறுதிபடுத்தப்பட்ட மிக நீண்ட பரிசோதனைகளுக்குப் பிறகு ‘பொது மாதிரி ‘ கொள்கை எழுபதுகளில் உறுதி செய்யப்பட்டது. அதன் இறுதி கணிப்பு 2013ல் ஹிக்ஸ் போஸான் துகளின் கண்டுபிடிப்புடன் உறுதி செய்யப்பட்டது.

மிக விரிவான வெற்றிகரமான பரிசோதனை முடிவுகளைக் கொண்டிருந்தாலும், பொது மாதிரிக் கொள்கை இயற்பியலாளர்களால் ஒருபோதும் முழுதாக ஏற்றுக் கொள்ளப்படவில்லை. சிறிது சிறிதாக ஓட்டவைக்கப்பட்ட ஒன்றாகவே முதற்பார்வைக்கு தெரிந்தது. எந்த ஒழுங்கும் இன்றி கலக்கப்பட்ட விதவிதமான சமன்பாடுகளும் துண்டுகளும் கொண்டதாகவும் இருந்தது. குறிப்பிட்ட சில புலங்கள் ( fields ) ( சரியாக இவையெல்லாம் என்ன? ) தங்களுக்குள் , சில மாறிலிகளால் (Constants) (ஏன் சரியாக இந்த எண் ?) நிர்ணயிக்கப்பட்ட சில விசைகளுடன் ( ஏன் இந்த விசைகள் ?)  ஊடாடி சில சமச்சீர்மையை (Symmetry)   ( இவை ஏன் தேவை?) காட்டுகின்றன.  பொதுச் சார்புக் கொள்கையின் சமன்பாடுகள் மற்றும் துளிம இயக்கவியலிருன் எளிமையிலிருந்து வெகுதூரம் தள்ளி வந்து விட்டோம். 

உலகம் குறித்த பொது மாதிரி  சமன்பாடுகளின் ஊக முறைமை அசட்டுத்தனமான சுருட்டலாக இருந்தது. நேரடியாக பயன்படுத்தும் போது இந்த சமன்பாடுகள், கணிக்கும் பண்புகளை முடிவிலி அளவிற்கு பெரிதாக காட்டும் பொருந்தாத ஊகங்களுக்கு வழிவகுத்தன.  இந்த குழப்பங்களை நிவர்த்தி செய்து சரியான முடிவுகளை எட்டுவதற்கு, சமன்பாட்டினுள் உள்ளீடும் பண்புகளின் அளவை அனந்தமாக (infinite) உருவகிக்க வேண்டியிருந்தது. இந்த டாம்பீக சுருட்டல் முறைக்கு மறுசீராக்கம் (renormalization) என்னும் அதிகாரபூர்வ பெயரும் இடப்பட்டது. நடைமுறையில் சிறப்பான முடிவுகளை அளித்தாலும் நேரடியான எளிமையை விரும்புபவர்களுக்கு மேற்சொன்ன முறை கடுமையாக கசந்தது. ஐன்ஸ்டைனுக்கு பிறகு இருபதாம் நூற்றாண்டின் மிகச் சிறந்த இயற்பியலாளரும் , துளிம இயக்கவியலின் மாபெரும் கட்டுநர்களில் ஒருவரும், பொது மாதிரிக் கொள்கையின் ஆதார தொடக்க நிலை சமன்பாடுகளை உருவாக்கியவருமான பால் டிராக் தனது அதிருப்தியை இந்த நிலையில் தொடர்ச்சியாக பதிவு செய்து ‘ நாம் இன்னும் தீர்வை கண்டறியவில்லை’ என முடித்திருந்தார்.

இதற்கும் மேலாக, பொது மாதிரி தேற்றத்தின் அப்பட்டமான எல்லையும் அண்மைக் காலத்தில் தெரிய வருகிறது. ஒவ்வொரு விண்மீன் மண்டலத்தைச் சுற்றியும், அதன் நட்சத்திரங்கள் மீது ஈர்ப்பு விசை இழுப்பைச் செலுத்துவதன் வழியாக மட்டுமே தன்னை வெளிப்படுத்தும், அதன் விளைவாக ஒளியை வளையச் செய்யும், பொருட்களாலான பெரும் புகை மண்டலத்தினை வானியலாளர்கள் கண்டுபிடித்துள்ளனர். தனது ஈர்ப்பு விசை விளைவுகளால் மட்டுமே வெளித்தெரிகின்ற இந்த மாபெரும் புகை மண்டலத்தினை பார்க்கவோ  இது எதனால் உண்டாக்கப்பட்டுள்ளது என்பதை அறியவோ நம்மால் இயலவில்லை. எண்ணற்ற ஊகங்கள் முன்மொழியப்பட்டாலும், எவையும் திருப்திகரமாக இல்லை. அந்த புகை மண்டலத்தில் ஏதோ ஒன்று இருக்கிறது என்பது உறுதியாகத் தெரிந்தாலும், அது என்னவென்று அறிய முடியவில்லை. ‘இருட்பொருள்’ (Dark Matter) என்று தற்போது அழைக்கப்படுகிறது. பொது மாதிரிக் கொள்கையினால் விளக்கப்படாத ஏதோ ஒன்று, வேறு சாத்தியமான கொள்கையினால் பார்த்திருக்கலாம் என கண்டுபிடிப்புகள் கூறுகின்றன. அணுக்களோ, நுண்நொதுமிக்களோ (Neutrino) ஒளிர்மின்மங்களோ இல்லாத ஏதோ ஒன்று….

அன்புள்ள வாசகரே,  பூமி மற்றும் ஆகாயத்தில், தத்துவம் மற்றும் இயற்பியலின் கற்பனைக்கும் எட்டாத எண்ணற்ற விஷயங்கள் இருக்கின்றன என்பது அவ்வளவு ஆச்சரியகரமாக இல்லை. பிரபஞ்சத்தை நிரப்பியிருக்கும் வானொலி அலைகள் மற்றும் நுண்நொதுமிக்கள் குறித்து சமீபகாலம் வரை யாரும் சிறிதும் ஊகித்திருக்கவில்லை.  பிரபஞ்சத்தின் பொருட்களைப் பற்றி விளக்குவதில் இன்றளவும் பொது மாதிரிக் கொள்கையே சிறந்ததாக உள்ளது. அதன் கணிப்புகள் அனைத்தும் உறுதி செய்யப்பட்டது. இருட்பொருள் மற்றும் வெளி – கால வளைவினைக் கொண்டு ஈர்ப்பு விசையை விளக்கும் பொது சார்புக் கொள்கை தவிர்த்து, காட்சி உலகத்தின் ஒவ்வொரு தன்மையையும் பொது மாதிரிக் கொள்கை சரியாக விளக்குகிறது. 

மாற்று கொள்கைகளும் முன்மொழியப்பட்டு பிறகு பரிசோதனைகளில் இரக்கமின்றி துடைத்தெறியப்பட்டன. உதாரணமாக, 1970ல் பொது மாதிரிக் கொள்கையின் சிக்கலான சமன்பாடுகளுக்கு மாற்றாக எளிய நேர்த்தியான சமன்பாடுகளை முன்வைத்த, SU5 என்று அதிகாரப்பூர்வமாக முன்மொழியப்பட்ட ஒரு சிறந்த தேற்றம் இருந்தது. நேர்மின்மம் சிதைந்து , சில நிகழ்தகவு சாத்தியங்களுடன் எதிர்மின்மம் மற்றும் க்வார்க்குளாக  மாறும் என்று ஊகித்தது. நேர்மின்ம சிதைவை கண்டறிய மாபெரும் இயந்திரங்கள் உருவாக்கப்பட்டன.  ஒரு நேர்மின்ம சிதைவையாவது காண்பதற்கு தமது வாழ்க்கையையே அர்ப்பணித்த இயற்பியலாளர்கள் இருந்தனர். ( ஒரு சமயத்தில் துல்லியமாக ஒரே ஒரு நேர்மின்ம சிதைவை மட்டும் பார்க்க முடியாது. உணர்விகள் சூழ்ந்திருக்க டன் கணக்கில் நீரை பயன்படுத்தி மட்டுமே சிதைவினை காண முடியும்). அந்தோ, ஒரே ஒரு நேர்மின்மம் கூட சிதையவில்லை‌. அழகிய SU5 கொள்கை, மிக நேர்த்தியான ஊகங்களைக் கொண்டிருந்தாலும், ஆண்டவரின் விருப்பத்தை நிறைவேற்றவில்லை.

மீண்டும் நிகழும் நிகழ்வாக, புதிய வகை நுண்துகள்களை உருவகிக்கும் அதிசீர்மை (Super Symmetry )எனப்படும் தேற்றங்கள் முன்மொழியப்பட்டுள்ளது. எனது பணி வாழ்க்கை முழுவதும், முழு நம்பிக்கையுடன் இந்த துகள்களின் வெளிப்பாட்டிற்காக காத்திருக்கும் சக விஞ்ஞானிகளை சந்தித்து வருகிறேன். நாட்கள், மாதங்கள், வருடங்கள், தசாப்தங்கள் உருண்டோடினாலும் இன்று வரை மேற்சொன்ன அதிசீர்மை துகள்கள் வெளிப்படவில்லை. இயற்பியலின் வரலாறு வெற்றிகளை மட்டும் கொண்டிருக்கவில்லை.

எனவே தற்போதைக்கு பொது மாதிரிக் கொள்கையினை மட்டுமே சார்ந்து இருக்க வேண்டியுள்ளது. நளினமாக இல்லாவிட்டாலும், நம்மைச் சுற்றியுள்ள உலகை விவரிப்பதில் அற்புதமான வெற்றியை ஈட்டியுள்ளது. ஒருவேளை தன்னுள் மறைத்திருக்கும் எளிமையை வெளிக்காட்டாமல் நேர்த்தியின்றி இருப்பது தேற்றமல்ல, மாறாக சரியான பார்வையினை இன்னமும் பெறாத நாமே; பொருள் குறித்து இப்போதைக்கு நாம் அறிந்தது இதுவே: 

ஒரு கையளவு வகை அடிப்படை நுண்துகள்கள், இருப்பிற்கும் இருப்பின்மைக்கும் இடையே அதிர்ந்தும் ஊசலாடியும்,  காலியாக தோன்றும் வெளியினை நிரப்பி,  பிரபஞ்ச எழுத்துக்களின் முடிவிலி வரை சாத்தியமான சேர்க்கையில் விண்மீன் மண்டலங்கள், எண்ணற்ற நட்சத்திரங்கள், சூரிய ஒளி, மலைகள், காடுகள், வயல்வெளிகள், விருந்துகளில் காணப்படும் புன்னகை பூத்த இளம் முகங்கள் மற்றும் விண்மீன்கள் பொறிக்கப்பட்ட அடர் வானம் ஆகியவற்றின் செறிவான கதையை விளக்குகின்றன.