हिग्स कण इतना महत्वपूर्ण क्यों है

हम में से अधिकांश ने स्कूल में या किताबों से पढ़ाया है कि हमारे आस-पास की सभी सामग्री - जो कुछ भी हम खाते हैं, पीते हैं, सांस लेते हैं, सभी जीवित चीजें, पृथ्वी खुद - परमाणुओं से बनी है। उनमें से लगभग 100 प्रकार हैं, उन्हें "रासायनिक तत्व" कहा जाता है और आमतौर पर अणुओं के रूप में व्यवस्थित होते हैं, जैसे शब्दों में अक्षरों को व्यवस्थित किया जा सकता है। हम इन तथ्यों को अपनी दुनिया से संबंधित मान लेते हैं, लेकिन 19 वीं शताब्दी के अंत में अभी भी इस बारे में एक गर्म बहस चल रही थी। केवल 1900 के क्षेत्र में, जब, कई निष्कर्षों के आधार पर, परमाणुओं के आकार की गणना करना संभव हो गया, और जब एक इलेक्ट्रॉन की खोज की गई, तो परमाणुओं के किनारों पर रहने वाले एक उप-परमाणु कण ने दुनिया के परमाणु चित्र को आखिरकार आकार लिया।

लेकिन आज भी इस तस्वीर के कुछ हिस्से स्पष्ट रूप से दिखाई नहीं दे रहे हैं। पहेलियां सौ साल पुरानी हैं। और "हिग्स बोसोन" के बारे में यह सब प्रचार इन गहरे सवालों से सीधे जुड़ा हुआ है जो हमारे अस्तित्व के बहुत दिल में हैं। जल्द ही, हमारी तस्वीर के धुंधले हिस्से स्पष्ट हो जाएंगे और हमें हमारी दुनिया के बारे में विवरणों को प्रकट करेंगे जो अभी तक हमारे लिए स्पष्ट नहीं हैं।

स्कूल में, हमने सिखाया कि एक परमाणु का द्रव्यमान मुख्य रूप से इसके छोटे कोर के कारण होता है। नाभिक के चारों ओर एक अस्पष्ट बादल बनाने वाले इलेक्ट्रॉन इस द्रव्यमान को अपने हिस्से के एक हजारवें हिस्से से अधिक नहीं जोड़ते हैं। लेकिन वे आमतौर पर हमें क्या नहीं बताते हैं, जब तक कि हम भौतिकी का गहराई से अध्ययन नहीं करते हैं, यह है कि परमाणु का आकार मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान पर निर्भर करता है। यदि आप किसी तरह एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान को कम कर सकते हैं, तो आप पाएंगे कि परमाणु बड़े हो गए हैं और अधिक नाजुक हो गए हैं। एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान को हजार गुना कम करें, और परमाणु इतने नाजुक हो जाएंगे कि बिग बैंग से छोड़ी गई गर्मी भी उन्हें नष्ट कर सकती है। इसलिए, साधारण सामग्री की पूरी संरचना और अस्तित्व एक प्रतीत होता है गूढ़ प्रश्न के साथ जुड़ा हुआ है: इलेक्ट्रॉनों में द्रव्यमान बिल्कुल क्यों होता है?

इलेक्ट्रॉन और इसके मूल का द्रव्यमान भौतिक विज्ञानियों द्वारा इसकी पहली माप के बाद से चकित कर दिया गया है। पिछले सौ वर्षों में किए गए अन्य प्रतीत होने वाले प्राथमिक कणों से संबंधित कई खोजों ने इस पहेली को जटिल और समृद्ध किया। सबसे पहले, यह पाया गया कि प्रकाश में फोटॉन नामक कण भी होते हैं, जिनका कोई द्रव्यमान नहीं होता है। फिर, परमाणु नाभिक में क्वार्क नामक कण होते हैं, जिनमें द्रव्यमान होता है। हाल ही में, हमने पाया कि सूर्य के आंत्र से झुंड में चलने वाले न्यूट्रिनो, मायावी कण भी एक द्रव्यमान होते हैं, भले ही वह बहुत छोटा हो। इसलिए, इलेक्ट्रॉन के बारे में प्रश्न बड़े सवालों की श्रेणी में चले गए: इलेक्ट्रॉन, क्वार्क और न्यूट्रिनो जैसे कण, द्रव्यमान क्यों हैं, लेकिन फोटॉन नहीं हैं?

पिछली शताब्दी के मध्य में, भौतिकविदों ने सीखा कि इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार का पूर्वानुमान और वर्णन करने वाले समीकरण कैसे लिखें। हालांकि उन्हें यह नहीं पता था कि इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान कहां से आया था, उन्होंने पाया कि यह द्रव्यमान मैन्युअल रूप से समीकरणों में शामिल करने के लिए काफी आसान था, और यह तय किया कि इसके मूल का पूरा विवरण कुछ समय बाद दिखाई देगा। लेकिन जब वे कमजोर परमाणु संपर्क के अध्ययन में प्रवृत्त हुए, प्रकृति में ज्ञात चार में से एक, उन्हें एक गंभीर समस्या थी।

भौतिकविदों को पहले से ही पता था कि विद्युत बल फोटॉन के साथ जुड़े हुए हैं, और फिर महसूस किया कि कमजोर संपर्क "डब्ल्यू" और "जेड" नामक कणों से जुड़ा हुआ है। लेकिन एक ही समय में, कणों डब्ल्यू और जेड के द्रव्यमान के रूप में फोटॉन से अंतर था - वे टिन परमाणु के साथ द्रव्यमान में तुलनीय हैं, इलेक्ट्रॉन से सौ हजार गुना अधिक भारी। दुर्भाग्य से, भौतिकविदों ने पाया कि वे कणों डब्ल्यू और जेड के द्रव्यमान को मैन्युअल रूप से समीकरणों में शामिल नहीं कर सकते हैं: परिणामस्वरूप समीकरणों ने अर्थहीन भविष्यवाणियां दीं। और जब उन्होंने अध्ययन किया कि कमजोर संपर्क इलेक्ट्रॉनों, क्वार्क और न्यूट्रिनो को कैसे प्रभावित करता है, तो उन्होंने पाया कि द्रव्यमान को समीकरणों में पेश करने का पुराना तरीका काम नहीं करता है - यह पूरी प्रणाली को भी तोड़ देता है।

ताजे विचारों को यह समझाने की जरूरत थी कि कैसे ज्ञात प्राथमिक कणों में द्रव्यमान हो सकता है।

यह रहस्य धीरे-धीरे 1950 और 1960 के दशक में प्रकट हुआ। और 1960 के दशक की शुरुआत में, एक संभावित समाधान दिखाई दिया - यहां हम पीटर हिग्स और अन्य (ब्रेत, एंगलर्ट, गुरलनिक, हेगन और किबल) से मिलते हैं। उन्होंने प्रस्तावित किया कि अब हम "हिग्स तंत्र" को क्या कहते हैं। मान लीजिए, वे कहते हैं, प्रकृति में एक और, अभी तक अज्ञात क्षेत्र है - सभी क्षेत्रों की तरह, यह एक निश्चित पदार्थ है जो अंतरिक्ष के सभी क्षेत्रों में मौजूद है - सभी अंतरिक्ष और समय में गैर-शून्य और सजातीय। यदि यह क्षेत्र - जिसे अब हिग्स फील्ड कहा जाता है - सही प्रकार का है, तो इसकी उपस्थिति से डब्ल्यू और जेड कणों का द्रव्यमान प्रदर्शित होगा, और भौतिकविदों को भी समीकरणों में इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान वापस करने की अनुमति मिलेगी। यह अभी भी इस सवाल को स्थगित कर देगा कि इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान ऐसा क्यों है, लेकिन कम से कम तब समीकरणों को लिखना संभव होगा जिसमें इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान शून्य के बराबर नहीं है!

इसके बाद के दशकों में, हिग्स तंत्र के विचार का कई तरीकों से परीक्षण किया गया था। आज, डब्ल्यू और जेड कणों के विस्तृत अध्ययन से, यह ज्ञात है कि कमजोर बातचीत के कारण दिखाई देने वाली पहेली का समाधान इस क्षेत्र में कहीं न कहीं निहित है। लेकिन इस कहानी का विवरण हमारे लिए अज्ञात है।

हिग्स फील्ड क्या है, इसे कैसे समझें? यह हमारे लिए अदृश्य है और हम इसे महसूस नहीं करते हैं, जैसे कि एक बच्चा हवा महसूस नहीं करता है, या मछली - पानी की तरह। और इससे भी अधिक - क्योंकि अगर हम बड़े हो जाते हैं, तो हम अपने शरीर के चारों ओर हवा के प्रवाह के बारे में जागरूक होने लगते हैं और इसे स्पर्श की मदद से महसूस करते हैं, हमारी कोई भी भावना हमें हिग्स क्षेत्र तक पहुंच नहीं देती है। न केवल हम इंद्रियों की मदद से इसका पता नहीं लगा सकते हैं, हम इसे सीधे वैज्ञानिक उपकरणों की मदद से नहीं कर सकते। तो हम यह कैसे सुनिश्चित कर सकते हैं कि यह मौजूद है? और हम उसके बारे में कुछ भी सीखने की उम्मीद कैसे कर सकते हैं?

हवा और हिग्स फ़ील्ड के बीच की समानता निम्नलिखित उदाहरण में अच्छी तरह से काम करती है: यदि आप इन दोनों में से किसी भी मीडिया को परेशान करते हैं, तो वे कंपन और तरंगों का निर्माण करेंगे। हवा में ऐसी तरंगें बनाना आसान है - आप चिल्ला सकते हैं या अपने हाथों को ताली बजा सकते हैं - और फिर हमारे कान ध्वनि के रूप में इन तरंगों को पाएंगे। हिग्स फील्ड में, तरंगों का निर्माण कठिन और कठिन है। ऐसा करने के लिए, आपको एक विशाल कण त्वरक, बड़े हैड्रोन कोलाइडर की आवश्यकता होती है। और उनका पता लगाने के लिए, आपको वैज्ञानिक उपकरण चाहिए एक घर का आकार, उदाहरण के लिए, एटलस या सीएमएस।

यह कैसे काम करता है? ताली तेज ध्वनि तरंगों को बनाने के लिए निश्चित है। एलएचसी पर दो उच्च-ऊर्जा प्रोटॉन की टक्कर बहुत ही शांत हिग्स तरंगें पैदा करेगी, हालांकि जरूरी नहीं - इससे दस अरब की केवल एक टकराव होगा। परिणामी लहर हिग्स फ़ील्ड में सबसे शांत संभव लहर होगी (तकनीकी शब्दों में, इस प्रकार की तरंग की एक मात्रा)। हम इस लहर को "हिग्स कण" या "हिग्स बोसोन" कहते हैं।

कभी-कभी मीडिया इसे "भगवान का कण" कहता है। यह शब्द एक प्रकाशक द्वारा अपनी पुस्तक को बेहतर तरीके से बेचने के लिए बनाया गया था, इसलिए यह विज्ञापन से आता है, न कि विज्ञान या धर्म से। वैज्ञानिक इस शब्द का उपयोग नहीं करते हैं।

हिग्स कण का निर्माण प्रक्रिया का एक हिस्सा है, और अपेक्षाकृत आसान है। इसे खोजना बहुत कठिन है। ध्वनि तरंगें आपके हथेलियों से पूरे कमरे में दूसरे व्यक्ति के कान में स्वतंत्र रूप से यात्रा करती हैं। और हिग्स कण दूसरों में तेजी से विघटित हो जाता है जितना आप हिग्स बोसोन कह सकते हैं। वास्तव में, एक परमाणु के व्यास को पारित करने के लिए प्रकाश की तुलना में तेज होता है। एटलस और सीएमएस केवल विस्फोट किए गए हिग्स कण के अवशेषों को सावधानीपूर्वक मापते हैं और जो हुआ, उसे वापस करने की कोशिश करते हैं, जैसे कि यह पता लगाने के लिए कि साक्ष्य में मामले को उजागर करने वाले जासूस यह निर्धारित करने के लिए कि क्या हिग्स कण इन अवशेषों का स्रोत बन सकता है।

वास्तव में, यह अभी भी अधिक जटिल है। यह एक हिग्स कण बनाने के लिए पर्याप्त नहीं है, क्योंकि इसके अवशेषों को प्रतिष्ठित नहीं किया जा सकता है। अक्सर, दो प्रोटॉनों की टक्कर टुकड़ों के समान होती है, जो कि हिग्स कण के क्षय से उत्पन्न होती है। तो हम कैसे स्थापित करते हैं कि एक हिग्स कण पैदा हुआ? कुंजी यह है कि यद्यपि हिग्स कण दुर्लभ हैं, लेकिन उनका मलबा काफी नियमित रूप से दिखाई देता है, जबकि अन्य प्रक्रियाएं अक्सर होती हैं, लेकिन अधिक यादृच्छिक तरीके से। उसी तरह से जैसे कि आपका कान रेडियो पर भारी हस्तक्षेप के माध्यम से भी एक गायन आवाज़ को पहचान सकता है, अन्य समान प्रक्रियाओं द्वारा बनाई गई यादृच्छिक कैकोफ़ोनी के बीच प्रयोग करने वाले हिग्स क्षेत्र की नियमित रिंगिंग कर सकते हैं।

इन सभी को क्रैंक करना बेहद कठिन और कठिन है। लेकिन यह मानव सरलता की विजय के ढांचे में किया गया था।

क्यों, फिर, इस तरह के हरक्यूलिन कारनामों में संलग्न हैं? हमारे अस्तित्व के लिए हिग्स क्षेत्र के अत्यधिक महत्व के कारण। केवल इसके मूल और गुणों के बारे में हमारी अज्ञानता की तुलना आकार में इस महत्व के साथ की जा सकती है। हम यह भी नहीं जानते कि ऐसा कोई क्षेत्र मौजूद है या नहीं; कई हो सकते हैं। हिग्स फ़ील्ड स्वयं मिश्रित हो सकती है, जिसमें अन्य फ़ील्ड शामिल हैं। हम नहीं जानते हैं कि यह नॉनज़ेरो क्यों है, और हमें नहीं पता कि यह अलग-अलग कणों के साथ अलग-अलग क्यों बातचीत करता है, और उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रॉन के लिए, द्रव्यमान ऊपरी क्वार्क से पूरी तरह से अलग है। चूंकि द्रव्यमान न केवल परमाणुओं के आकार को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, बल्कि प्रकृति के कई अन्य गुणों में भी, ब्रह्मांड की हमारी समझ और खुद को पूर्ण और संतोषजनक नहीं हो सकता है, जब तक कि हिग्स क्षेत्र इतना रहस्यमय नहीं रहता है। हिग्स कणों का अध्ययन - एक हिग्स फील्ड में तरंगें - हमें इस क्षेत्र की प्रकृति के बारे में गहन ज्ञान प्रदान करेंगी, जैसे आप ध्वनि तरंगों से हवा के बारे में, एक पत्थर के बारे में - भूकंपों का अध्ययन करके और समुद्र के बारे में - समुद्र तट पर तरंगों को देखकर जान सकते हैं।

आप में से कुछ शायद (और सही तरीके से) पूछेंगे: यह सब बहुत प्रेरणादायक है, लेकिन इसका व्यावहारिक रूप से समाज को क्या फायदा हो सकता है? आपको उत्तर पसंद नहीं आ सकता है। इतिहास से पता चला है कि मौलिक मुद्दों पर शोध करने के सामाजिक लाभ दशकों तक नहीं दिखा सकते हैं, यहां तक ​​कि एक सदी भी। मुझे संदेह है कि आपने आज एक कंप्यूटर का उपयोग किया है। मुझे संदेह है कि जब थॉम्पसन ने 1897 में इलेक्ट्रॉनों की खोज की थी, तो उनके सर्कल में किसी ने अनुमान लगाया था कि इलेक्ट्रॉनिक्स समाज को कितना बदल सकता है। हम अगली शताब्दी की तकनीक को पेश करने की उम्मीद नहीं करते हैं, या आज प्राप्त होने वाला गूढ़ ज्ञान दूर के भविष्य को कैसे प्रभावित कर सकता है। बुनियादी अनुसंधान में निवेश हमेशा एक जुआ है, लेकिन ज्ञान पर आधारित है। सबसे खराब स्थिति में, हम प्रकृति में कुछ गहरा और अप्रत्याशित सीखते हैं। ऐसा ज्ञान, हालांकि मौद्रिक शब्दों में मूल्यवान नहीं है, दोनों इंद्रियों में अनमोल है।

संक्षिप्तता के लिए, मैंने कुछ सरल किया। सब कुछ उस तरह से नहीं होना था। यह संभव था कि हिग्स फ़ील्ड पर तरंगों का पता नहीं लगाया जा सके - यह एक डामर झील या मोटी सिरप पर लहरें बनाने के प्रयास की याद दिला सकता है। वे पूरी तरह से बनने से पहले लहरों को फीका कर सकते थे। लेकिन हम प्रकृति के कणों के बारे में जानने के लिए पर्याप्त जानते हैं कि ऐसा विकल्प केवल तभी संभव होगा जब अन्य अनदेखे कण और इंटरैक्शन थे - और उनमें से कुछ निश्चित रूप से एलएचसी पर पाए जा सकते हैं। या तो हिग्स कण मौजूद हो सकता है, लेकिन इस तरह से कि यह उत्पादन करने के लिए और अधिक कठिन होगा, या यह कुछ अप्रत्याशित तरीके से विघटित हो सकता है। ऐसे सभी मामलों में, हिग्स क्षेत्र द्वारा अपने रहस्यों को प्रकट करने से पहले कई और साल हो सकते हैं। इसलिए हम इंतजार करने के लिए तैयार थे, हालांकि हमें उम्मीद थी कि हमें इन सभी कठिनाइयों के बारे में मीडिया को नहीं बताना होगा।

लेकिन हम व्यर्थ ही चिंतित थे।

हिग्स कण की खोज इतिहास का एक महत्वपूर्ण मोड़ है। उन लोगों की विजय जिन्होंने हिग्स तंत्र का प्रस्ताव रखा और जो एलएचसी, एटलस और सीएमएस पर काम करते हैं। लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि ज्ञात कणों के द्रव्यमान से जुड़ी हमारी पहेलियों को पूरा करना - यह केवल इन पहेलियों को हल करने की हमारी आशा की शुरुआत है। भविष्य में, एलएचसी पर ऊर्जा और टकराव की संख्या में वृद्धि होगी, और एटलस और सीएमएस बड़े पैमाने पर और व्यवस्थित रूप से हिग्स कण का अध्ययन करेंगे। वे जो सीखते हैं वह हमें इस बड़े पैमाने पर उत्पन्न होने वाले महासागर के रहस्यों को सुलझाने की अनुमति दे सकता है, जिसमें हम सभी तैरते हैं, और हमें सौ साल से अधिक पहले शुरू हुए महाकाव्य पथ के साथ आगे निर्देशित करते हैं, जिसमें दशकों और सदियों लग सकते हैं, और हमारे वर्तमान से परे फैली हुई है क्षितिज का।