হিগস-বোসন কণা নিয়ে বিজ্ঞানীদের দুর্দান্ত এক্সপেরিমেন্ট

২০১২ সালে জেনেভার সার্নের লার্জ হ্যাড্রন কলয়ডার (এলএইচসি) যন্ত্রে পাওয়া যায় হিগস-বোসন কণা। এ ঘটনা চমকে দেয় পুরো পৃথিবীকে। মহাবিশ্বের সব কণা ও তাদের আচরণ ব্যাখ্যার জন্য পদার্থবিজ্ঞানীরা যে স্ট্যান্ডার্ড মডেল ব্যবহার করে আসছেন, হিগস কণা ছিল এই স্ট্যান্ডার্ড মডেলের ব্যাখ্যার সর্বশেষ অধরা কণা। তবে এখনো স্বস্তির নিশ্বাস ফেলার সময় আসেনি। গবেষণায় পাওয়া নতুন কিছু তথ্য ধারণা দিচ্ছে, এই স্ট্যান্ডার্ড মডেলের বাইরে আরও কিছু কণা থাকতে পারে। পদার্থবিজ্ঞানে এটা নতুন চ্যালেঞ্জ।

হিগস কণা আবিষ্কার হয় এলএইচসির অ্যাটলাস এবং সিএমএস—এই দুই প্রজেক্ট থেকে। নতুন কণা আবিষ্কারের জন্য কাজ করছে এলএইচবি। কলয়ডারে বিউটি হ্যাড্রন কণার ভাঙন কীভাবে হয়, তার পর্যবেক্ষণ আর বিশ্লেষণ করা এই প্রজেক্টের কাজ। তাই এর নাম দ্য বিউটি এক্সপেরিমেন্ট।

অন্য প্রজেক্টের তুলনায় এলএইচবির কাজের ধরন আলাদা। অ্যাটলাস আর সিএমএস প্রজেক্ট দুটি অনাবিষ্কৃত কণা তৈরির চেষ্টা করে। অন্যদিকে এলএইচবি চেষ্টা করে বিউটি হ্যাড্রন কণা ব্যবহার করে সেই সব অদেখা কণার উপস্থিতি বোঝার। এই কণাগুলো এখনো সরাসরি দেখা যায় না। লার্জ হ্যাড্রন কলয়ডারে এই বিউটি হ্যাড্রন কণা তৈরি থেকে ভাঙা পর্যন্ত একে পর্যবেক্ষণ করা হয়।

বিউটি হ্যাড্রন বিভিন্ন উপায়ে ভাঙতে পারে। ঠিক কী উপায়ে ভাঙবে সেটা আগে থেকেই হিসাব করে বের করা যায়। পরীক্ষার ফলাফল এই হিসাবের সঙ্গে না মিললে ধারণা করা হয়, হিসাবের বাইরে থাকা কোনো কিছুর প্রভাবে ভাঙন প্রক্রিয়ায় পরিবর্তন হয়েছে।

স্ট্যান্ডার্ড মডেলে সমস্ত কণাকে দুই গ্রুপে ভাগ করা হয়—কোয়ার্ক ও লেপ্টন। ছয় ধরনের কোয়ার্ককে ভাগ করা হয়েছে তিনটা গ্রুপে। আপ এবং ডাউন; চার্ম এবং স্ট্রেঞ্জ; বিউটি (আরেক নাম বটম) এবং টপ—এই তিন জেনারেশনের কোয়ার্ক কণা আছে। কোয়ার্ক একা থাকে না, কয়েকটি কোয়ার্ক মিলে গুচ্ছ তৈরি করে। এই গুচ্ছকে বলে হ্যাড্রন। চারটা বিউটি কোয়ার্ক মিলে একটা বিউটি হ্যাড্রন তৈরি করে।

একইভাবে লেপ্টনের আছে তিনটা জেনারেশন—ইলেকট্রন এবং ইলেকট্রন নিউট্রিনো; মিউওন এবং মিউওন নিউট্রিনো; টাউ এবং টাউ নিউট্রিনো। এই কণাগুলোর ওপর কাজ করে বিদ্যুত্ চুম্বকীয় বল, সবল নিউক্লিয় বল ও দুর্বল নিউক্লিয় বল। প্রতিটি বল একটি নির্দিষ্ট কণার মাধ্যমে কাজ করে। বিদ্যুত্ চুম্বকীয় বলের বাহক হলো ফোটন। দুর্বল নিউক্লিয় বল ডব্লিউ এবং জেড বোসনকে বাহক হিসেবে ব্যবহার করে। অন্যদিকে হিগস কণার দায়িত্ব বস্তুকণাকে ভর দান করা।

স্ট্যান্ডার্ড মডেল পদার্থবিজ্ঞানের বিভিন্ন প্রশ্নের উত্তর দিয়েছে সফলতার সঙ্গে। তবু কিছু ঘটনার ব্যাখ্যা এই মডেলের নাগালের বাইরে। যেমন অ্যান্টিম্যার প্রাকৃতিকভাবে দেখা যায় না কেন, ডার্ক ম্যাটারই বা কী, মহাকর্ষীয় বলই বা কেন অতিপারমাণবিক কণার জগতে কাজ করে না-এসবের ব্যাখ্যাও নেই স্ট্যান্ডার্ড মডেলে।

অন্যদিকে ব্যবহারিকভাবে দেখা যায়, ডব্লিউ বা জেড বোসনের সঙ্গে হিগস কণার ভরের তেমন পার্থক্য নেই। অথচ স্ট্যান্ডার্ড মডেল অনুসারে হিগস কণার ভর আরও ১০০০০ ট্রিলিয়ন গুণ বেশি হওয়ার কথা! এসব ঘটনার ব্যাখ্যা দেওয়ার জন্য স্ট্যান্ডার্ড মডেলের চেয়েও উন্নত তত্ত্ব প্রয়োজন। এলএইচবি,  অ্যাটলাস এবং সিএমএইচ প্রজেক্টগুলো এই তত্ত্ব তৈরিতে কাজ করছে।

ফ্যাক্টসপ্রায় আলোর গতিতে ধাবমান উচ্চশক্তির প্রোটনের দুটি স্রোত সংঘর্ষে জড়ায় এলএইচবির কলয়ডারে। এতে তৈরি হয় বিভিন্ন ধরনের কণা, বিউটি হ্যাড্রন তেমনই একটা। তৈরি হওয়ার কিছুক্ষণের মধ্যেই যন্ত্রের মাঝে থাকা শক্তির প্রভাবে এই কণা আরও ছোট অংশে ভেঙে যায়। কখন যন্ত্রের কোন অংশে বিউটি হ্যাড্রন তৈরি হয়, তৈরি হওয়ার কত সময় পর কত দূরে গিয়ে তা ভাঙে এবং ভেঙে ঠিক কী কী কণায় পরিণত হয়—এলএইচবির উন্নত প্রযুক্তির সাহায্যে এই ব্যাপারগুলো পর্যবেক্ষণ করেন বিজ্ঞানীরা। প্রাপ্ত তথ্যের বিশ্লেষণ করে তাঁরা উপস্থিত কণাগুলো সম্পর্কে ধারণা পান।

২০১০ থেকে ২০১২-এ দুই বছরে এলএইচসিতে প্রায় এক ট্রিলিয়ন বিউটি হ্যাড্রন তৈরি হয়। এই কণা বিচিত্র উপায়ে ভাঙতে পারে। কিছু প্রক্রিয়া প্রচলিত নিয়মের চেয়ে আলাদাভাবে ঘটছে, যার সূত্র ধরে বিজ্ঞানীরা খোঁজ করছেন নতুন পদার্থবিদ্যার, স্ট্যান্ডার্ড মডেলের সাহায্যে যার ব্যাখ্যা দেওয়া যায় না। তাত্ত্বিক পদার্থবিদেরা এই নতুন পদার্থবিদ্যার ব্যাপারে কিছু ধারণা দিয়েছেন। বেশির ভাগ ধারণায় বলা হচ্ছে অনাবিষ্কৃত কিছু কণার উপস্থিতির কথা, যারা আবিষ্কৃত কণাগুলোর তুলনায় কিছুটা ভারী। লার্জ হ্যাড্রন কলয়ডার এই ভারী কণা খোঁজার সামর্থ্য রাখে, এমনকি কয়েক হাজার গিগা ইলেকট্রন ভোল্টের সমতুল্য ভরের সাহায্যে আবিষ্কার সম্ভব।

অ্যাটলাস এবং সিএএমএইচ প্রজেক্ট সরাসরি এই ভারী কণা আবিষ্কারের চেষ্টা করে। অন্যদিকে এলএইচসিবি বোঝার চেষ্টা করে দেখতে পাওয়া কণাদের ওপর সেসব অদেখা ভারী কণাদের প্রভাব কেমন। অর্থাৎ সরাসরি দেখা না দিলেও এই ভারী কণা পর্দার পেছনে থেকে তার উপস্থিতি জানান দিয়ে যায় এলএইচবিতে। অদেখা এই কণাকে ভার্চ্যুয়াল বা কাল্পনিক কণা বলা হয়।

কণা কীভাবে কাল্পনিক হয়? ধরুন, আপনি নিজেই একটা খুদে কণা, আপনি চলে গেছেন কলয়ডারের ঠিক মাঝামাঝি। সেখানে দেখতে পেলেন, যুদ্ধে দুই দিক থেকে আসা দুই সৈন্যদলের মতো আপনার দুই দিক থেকে এগিয়ে আসছে দুই দল প্রোটনের স্রোত। কোনোমতে গা বাঁচিয়ে কলয়ডারের ধার ঘেঁষে বসলেন আপনি, প্রায় আলোর গতিতে এগিয়ে আসা এ দুই দল প্রোটনের সংঘর্ষে কী হয় তা দেখার জন্য। যেহেতু এটা যেনতেন কোনো সংঘর্ষ নয়, দুই দল প্রোটনের সংঘর্ষ, তাই এরা পদার্থবিজ্ঞানের সব নিয়ম মেনে চলবে। দেখা গেল, সংঘর্ষের পরপর প্রোটন ভেঙে বিভিন্ন কণা ও শক্তি তৈরি হয়।