5

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

இந்த ஆராய்ச்சிக்கான ஆரம்ப முயற்சிகள் பெரும்பாலும் அமெரிக்காவில்தான் தொடங்கியது. 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 ஆராய்ச்சிகூடத்திற்கும் கடும் போட்டி – யார் முதலில் புதிய அணுத்துகள்களை கண்டுபிடிக்கிறார்கள், அல்லது யார் அணுச்சிதறலுக்காக ஏராளமான மின்னழுத்த நிலையை உருவாக்குகிறார்கள், என்று. மெதுவாக சிகாகோ, கார்னெல், என்று தொடங்கி, யுரோப்பில் பல இடங்களில், குறிப்பாக இங்கிலாந்து மற்றும் ஜெர்மனியில் அணுத்துகள் வேகப்படுத்தும் எந்திரங்கள் இந்த போட்டியில் சேர்ந்து கொண்டன. இவர்களுடன் ஸ்டான்ஃபோர்டும் சேர்ந்து கொண்டது.

ப்ரூக்ஹேவன் ஆராய்ச்சிசாலை

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 கோட்பாட்டாளர்கள் (theoretical physicists) பலவித புதிய அணுத்துகள்கள் இருக்கும் சாத்தியக்கூறுகளைத் துல்லியமாக கணக்கிட்டு 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 சப்பை செய்தி!). ஏராளமான மின்னழுத்தம் கொண்டு, எப்படி எலெக்ட்ரானை நேர்பாதையில் துல்லியமாக செலுத்துவது என்பதை விஞ்ஞானிகள் கற்றுக் கொண்டுவிட்டார்கள். ஆனால், காந்தம் கொண்டு 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. நீளமான வெற்றுக் குழாய்களில் 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 இத்துறைக்கு கொண்டு வந்துள்ளார்கள். இன்றைய வெற்று தொழில்நுட்ப வளர்ச்சியில் (vacuum technology) மிகப் பெரிய பங்கு இவர்களுடையது. இன்னொரு பெரிய விஷயம் என்னவென்றால், ஓரளவிற்கு மேல், காந்த சக்தியை கூட்டுதலில் சிக்கல் என்னவென்றால், காந்தங்கள் மிகவும் சூடேறிவிடும். ஃபெர்மி ஆராய்ச்சியாளர்கள், இந்தப் பிரச்னையை மிகைகடத்துத்திறன் கொண்ட காந்தங்கள் (superconducting magnets) மூலம் தீர்த்தார்கள். இதற்கு ஏராளமாக குளிர்விக்க வேண்டிய கட்டாயம் ஏற்பட்டது. இது போன்ற பல உத்திகள் இன்று LHC –யில் உபயோகத்தில் உள்ளது. இன்றைய LHC , பல பழைய உத்திகளை மேம்படுத்தி, ஏராளமான சக்தி அளவில், புதிய அடிப்படை பெளதிக அறிவை விரிவுபடுத்தும் முயற்சி.

பெர்மிலேபின் மிகைகடத்துத்திறன் கொண்ட காந்தம்

அணுத்துகள் 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 பெயர்களால் அழைக்கப்பட்டது. 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 முடியாத்தால் எப்படி புதிய அணுத்துகள்கள் இருப்பதை விஞ்ஞானிகள் கண்டறிகிறார்கள்?

அணுத்துகள்களை வேகப்படுத்துவது, மிக முக்கிய பிரச்னைதான். ஆனால், மோதிய அணுத்துகள் கற்றைகளை (கண்ணுக்கு தெரியாத) ஆராய்வது என்பது மிகப் பெரிய சவால். இன்றைய அணு ஆராய்ச்சி முன்னேற்றத்திற்கு முக்கியமான காரணம், இந்த அணுத்துகள் உணர்விகள் (particle detectors). அணுத்துகள் உணர்விகள் பெரும் விஞ்ஞான சவால். முதலில் மேக அறையுடன் (cloud chamber) விஞ்ஞானிகள் போராடினார்கள். இதன் பிறகு க்ளேசர் என்பவரால் குமிழ் அறை (bubble chamber) கண்டுபிடிக்கப்பட்டது. வாயுவில் சக்தி கொண்ட அணுத்துகள்கள் மேற்கொண்ட பாதையை அறிவது கடினம். இதனால், திரவத்திற்கு மாறினார்கள். சூடான (சற்று கொதிநிலைக்கு கீழ்) திரவத்திற்குள் அதிசக்தி வாய்ந்த அணுத்துகள்கள் இதில் பாய்ச்சினால், அவை ஒரு குமிழ் பாதையை உருவாக்கும். அந்த பாதையை 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 படம்பிடித்தன. பெரிய காற்றழுத்திகள் ஹைட்ரஜனை திரவ நிலையில் பாதுகாப்பாக வைத்து, துல்லிய காமிராக்களுடன் படம் பிடித்தன. சற்று புரிந்திருக்கலாம். பெரிய சைக்லோட்ரான்கள் மற்றும் உணர்விகள் ராட்சச காந்தங்கள் எல்லாம் ஆராய்ச்சிசாலையில் இடத்தை பெரிதாக எடுத்துக் கொள்ளத் தொடங்கியது இப்படித்தான். அணுத்துகள் உணர்விகளுக்கு ஏராளமான இடம் தேவை. இன்று CERN – ன் LHC –ல் சுரங்கத்துள் 4 ராட்சச குகைகள் (caverns) உண்டு. இந்தக் கோவில் அளவு குகைகளில், உலகின் மிகப் பெரிய உணர்விகள் (particle detectors) நிறுவப்பட்டுள்ளன.

குமிழ் அறை

படிப்படியாக குமிழ் அறையிலிருந்து, பொறி அறைக்கு (Spark chamber) மாறியது உணர்விகள். பொறி அறைகள் துல்லியமாக முன்னூட்டம் பெற்ற அணுத்துகள்களை சரியாக அறிந்து கொள்வதற்கு உதவியது. உணர்விகள் விஷயத்தில் உள்ள மிகப் பெரிய சவால் என்னவென்றால், 5 நிமிட சினிமா பாடலில் வரும் நாயகி யாரென்று யோசிப்பது போன்ற விஷயமல்ல. சில நானோ நொடிகளே தோன்றி மறையும் அணுத்துகள்களைக் கண்டு அறிவதுதான்.

இன்று உணர்விகள் கணினி வழங்கி வயல்கள் (computer server farms) துணையுடன் மிகவும் துல்லியமானவை, மிகவும் சிக்கலானவையும் கூட. ஒரு பெரிய கோவில் அளவு பூமியின் 100 மீட்டர் அடியில் பல உணர்விகள் மோதும் அணுத்துகள் கற்றைகளிலிருந்து உருவாகும் அத்தனை அணுக்குப்பைகளையும் (atomic debris) பதிவு செய்து ராட்சச கணினி வயல்களுக்கு அனுப்பிவிடுகின்றன. உலகெங்கும் விஞ்ஞானிகள் இந்த கணினிகள் பது செய்த டேடாவை அலசி, பல முடிவுகளுக்கும் வருகின்றனர்.

இத்தனை செலவு செய்து உருவாக்கிய எந்திரங்களை அதன் பயன்பாடு முடிந்தவுடன் என்ன செய்வார்கள்?

அணுத்துகள் வேகப்படுத்தும் எந்திரங்கள் சாதாரண விஷயமல்ல. பல மில்லியன், ஏன் பில்லியன் டாலர்கள் வரை செலவாகும். அதைப் பராமரிப்பதும் சிரமமான விஷயம். இதை விஞ்ஞானிகள் முற்றிலும் அறிவார்கள். இந்தத் துறையில், முடிந்தவரை பழைய எந்திரத்தை, புதிய வடிவமைப்பு 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..

CERN –னின் LEP

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 உறுவாக்கினார்கள். ஒரு நாளைக்கு 2 அல்லது 3 ஸ்கான்களை அலசும் திரனிலிருந்து மணிக்கு 100 ஸ்கான்களை அலசும் அளவுக்கு 1960-களில் கணினிகள் உதவின. மெதுவாக, பல சலிப்பு தட்டும் அலசல் வேலைகளுக்கும் கணினிகள் உபயோகிக்கப்பட்டன. இன்று, பல உணர்விகள் மின்னணுவியல் மயமாகி விட்டன. மின்னணு குமிழ் அறை உண்டு, மேலும் மனித தவறுகள் பெரும்பாலும் குறைக்கப்பட்டு, துல்லிய துணைவனாக கணினிகள் மாறிவிட்டன.

CERN – னின் கணினித் திரள்