‘हिग्स बोजन’ कणले ब्रह्माण्डसम्बन्धी हाम्रो ज्ञान कसरी फेरिदियो

नोबेल पुरस्कार विजेता ब्रिटिश भौतिकशास्त्री पिटर हिग्सको ९४ वर्षको उमेरमा गत साता निधन भयो। यो सामग्रीमा हामीले उनकै नाममा राखिएको ‘हिग्स बोजन’ कणको खोजले हाम्रा वरपर भएका प्रायः सबै थोकप्रतिको हाम्रो बुझाइमा परिवर्तन ल्याइदियो भनेर हेर्ने जमर्को गरेका छौँ।

सन् २०१२ को जुलाई ४ का दिन ‘लार्ज हेड्रन कलाइडर’ (एलएचसी)का अनुसन्धानकर्ताहरूले ४८ वर्षदेखि अपूर्ण रहेको रहस्यको एउटा अन्तिम गुह्य आफूहरूले पत्ता लगाएको घोषणा गरे।

लार्ज हेड्रन कलाइडर मानिसले बनाएकोमध्ये हालसम्मकै सबभन्दा ठूलो तथा जटिल यन्त्र हो। उनीहरूले ‘अणुभित्रको विश्व’मा रहेको एक कण फेला पारेका थिए। उक्त कण हामीले जानेबुझेको हरेक पदार्थको आधारभूत तत्त्वमध्येको एक हो।

विगतमा रहस्यको गर्भमा रहेको त्यो कण ‘हिग्स बोजन’ थियो। अनि त्यसको अस्तित्वको पक्का प्रमाण फेला पर्नु आधुनिक भौतिकशास्त्रमा एउटा ठूलो उपलब्धि थियो।

हिग्स बोजनको खोजले ‘स्ट्यान्डर्ड मोडल’ पूर्ण बन्यो। उक्त मोडलले हामीले जानेबुझेका सबै पदार्थका आधारभूत निर्माण तत्त्वको व्याख्या गर्नुका साथै ती तत्त्व वा कण जुन ढङ्गमा मिलेर रहेका छन् त्यसो हुनुमा कस्ता प्रकारका बल कारक छन् भन्ने बुझाउँछ।

सन् १९६४ मा ब्रिटिश भौतिकशास्त्री पिटर हिग्सले बोजन भन्ने कण वास्तवमै हुनुपर्छ भनेर प्रकाशन गरेको एउटा सिद्धान्तबाट सुरु भएको रोमाञ्चक यात्राको उत्कर्षको रूपमा ‘लार्ज हेड्रन कलाइडर’ बनाइएको हो।

ती वैज्ञानिक ९४ वर्षको उमेरमा गत मङ्गलवार बिते।

उनका अनुसार ‘बोजन कण’ नै उनको मस्तिष्कमा आएको “एकमात्र सही उपाय” थियो र सुरुमा उनका सिद्धान्त उपयोगविहीन गणनाहरूको सङ्ग्रह मात्र थियो।

त्यही एकमात्र सही विचारले हिग्सलाई सन् २०१३ को भौतिकशास्त्रको नोबेल पुरस्कार दिलायो।

सन् २०२२ मा हिग्स बोजन कणको खोज भएको १० वर्ष पुगेको अवसरमा गरिएको कुराकानीमा दुई विशेषज्ञहरूले कसरी उक्त सूक्ष्म कणले मानवजातिले सामना गर्दै आएको दुइटा आधारभूत प्रश्नको उत्तर पाउन सहयोग गर्छ भनेर बताए: हामी कहाँबाट आयौँ र हामी केबाट बनेका छौँ?

‘स्ट्यान्डर्ड मोडल’

लामो समयसम्म के अणुलाई सबै पदार्थको सूक्ष्मतम आधारभूत तत्त्व मानियो।

तर पछि अणु पनि अन्य अझ सूक्ष्म कणबाट बनेको हुन्छ भन्ने थाहा भयो। प्रोटोन र न्यूट्रोनले अणुको ‘न्यूक्लिअस’ बन्छ भने त्यसलाई इलेक्ट्रोनले परिक्रमा गर्छ।

तर आज हामीलाई के थाहा छ भने ती प्रोटोन र न्यूट्रोनलाई पनि अझ सूक्ष्म तत्त्वमा विभाजन गर्न सकिन्छ।

त्यस्ता १७ वटा आधारभूत सूक्ष्म तत्त्व फेला परेका छन्। ती तत्त्वले एकअर्कासँग निश्चित बलका कारण अन्तरक्रिया गर्छन्। यिनैबाट हामीले थाहा पाएको पूर्ण ब्रह्माण्ड निर्मित र सञ्चालित छ।

यी १७ कण तथा बलहरूको संयोजनलाई नै ‘स्ट्यान्डर्ड मोडल’ भनिन्छ।

ब्रह्माण्डका प्रत्येक पदार्थ निर्माणमा ‘फर्मिअन’को भूमिका इँटाजस्तै हुन्छ। ती ‘लेगो पजल’का टुक्राजस्ता हुन् जसलाई भिन्नभिन्न शैलीमा मिलाउँदा भिन्नभिन्न प्रकारका अणु बन्छन्।

फर्मिअन १२ किसिमका हुन्छन् – ६ क्वार्क तथा ६ लेप्टन। अर्को शब्दमा भन्नुपर्दा ब्रह्माण्डका जुनसुकै पदार्थ पनि ‘क्वार्क’ र ‘लेप्टन’कै मिश्रण हुन्।

बोजन कणमा चाहिँ फर्मिअनहरूलाई एकअर्कासँग अन्तरक्रिया गराउने बल हुन्छ। कुल पाँच प्रकारका बोजन छन्। ती प्रत्येकले तीनथरी आधारभूत बल बोक्छन् जसका आधारमा कणहरूबीच अन्तरक्रिया हुन्छ।

चौथो प्रकारको बल पनि छ। त्यो सबैभन्दा चर्चित गुरुत्त्वाकर्षणको बल हो।

तर अणुभन्दा पनि सूक्ष्म तहमा पुग्दा गुरुत्त्वाकर्षणको बल यति कमजोर हुन्छ कि त्यसको प्रभावलाई बेवास्ता गर्न सकिन्छ। त्यसैले यसलाई स्ट्यान्डर्ड मोडलमा समेटिएको छैन।

फलस्वरूप हामीले स्ट्यान्डर्ड मोडलको एउटा चित्र पूर्ण गरेका छौँ: कसरी फर्मिअनहरूले बोजनहरूसँग अन्तरक्रिया गरेर ब्रह्माण्डलाई वर्तमान स्वरूप दिएका छन्।

तर हामीले अझै पाँचौँ प्रकारको बोजन कणको चर्चा गर्न बाँकी छ …. जुन हो हिग्स बोजन।

हिग्स बोजन के हो ?

बाह्र फर्मिअन तथा चार बोजनसहित हामीसँग स्ट्यान्डर्ड मोडलका १७ मध्ये १६ वटा कण भइसके।

यो मोडललाई पूर्णतादिने सत्रौँ कण हिग्स बोजन हो।

एउटा प्रमुख प्रश्नको उत्तर पाउन हिग्स बोजन आवश्यक छ: क्वार्क तथा लेप्टनजस्ता कणसँग ‘मास’ अर्थात् पिण्डमान हुन्छ र तिनले पदार्थ निर्माण गर्छन्। तर त्यो पिण्डमान कहाँबाट प्राप्त हुन्छ त?

त्यसको उत्तर भनेको ‘हिग्स फील्ड’ हो। ब्रह्माण्डभरि फैलिएको एक अदृश्य ‘क्षेत्र’ जसले कणहरूमा पिण्डमान भरिदिन्छ। त्यही ‘हिग्स फील्ड’मा ‘हिग्स बोजन’ हरू हुन्छन्। तिने पदार्थ निर्माण गर्ने कणहरूमा पिण्डमान भरिदिन्छन्।

“हिग्स बोजनको खोजले हामी सबै एउटा अनौठो चिजमा डुबेका छौँ भन्ने देखायो र त्यो चिज भनेको हामीलाई पिण्डमान दिने हिग्स फील्ड हो,” अक्सफर्ड विश्वविद्यालयका सैद्धान्तिक भौतिकशास्त्री तथा सेवानिवृत्त प्राध्यापक फ्र्याङ्क क्लोजले भने।

“माछालाई पानीमा डुब्न आवश्यक भए जस्तै हामीलाई हिग्स फील्ड चाहिन्छ,” उनले बताए। उनी ‘इल्यूयुजिभ: हाउ पिटर हिग्स सल्भ्ड द मिस्टरी अफ मास’ नामक पुस्तकका लेखक हुन्।

सन् १९६४ मा त्यस्तो क्षेत्रयको अस्तित्वबारे सिद्धान्त प्रतिपादन गर्ने पिटर हिग्स पहिलोमध्येका वैज्ञानिक थिए। उनले त्यस्तो क्षेत्रसँग सम्बन्धित विशेष कण हुनुपर्ने अनुमान पनि गरे।

तर सन् २०१२ मा त्यो पनि ‘लार्ज हेड्रन कलाइडर’को माध्यमबाट मात्र उक्त कण पत्ता लाग्यो। हिग्स बोजन भनेर नाम दिइएको उक्त कण सिद्धान्तमा मात्र नभई यथार्थमै फेला पर्‍यो।

यो खोज किन यति महत्त्वपूर्ण?

मेक्सिकोस्थित न्याश्नल अटोनमस यूनिभर्सिटीको इन्स्टिट्यूट अफ फिजिक्सका अनुसन्धानकर्ता साउल नोए रामोस सान्चेजका अनुसार हिग्स बोजनको खोजले ब्रह्माण्डसम्बन्धी हाम्रो ज्ञानलाई परिवर्तन गर्ने गरी तीन महत्त्वपूर्ण विषय उजागर गर्‍यो।

“हाम्रा अणुहरूको निर्माण गर्ने सबै कणहरू बल्ल बुझियो। साथै एउटा कण र अर्को कणबीचको सम्बन्ध पनि बुझियो,” रामोस सान्चेजले भने।

हिग्स बोजन भनेको प्रोटोन वा इलेक्ट्रोनजस्तो होइन। अनि एउटा कण र अर्को कणबीच हुने निश्चित खालका अन्तरक्रियाका लागि यो जिम्मेदार छ जसले हामीलाई ती कणका पिण्डमानबारे ज्ञान दिन्छ।

रामोस सान्चेजका अनुसार स्ट्यान्डर्ड मोडल “मानवजातिसँग भएको हालसम्मकै सुस्पष्ट सिद्धान्त” हो।क्लोज त्यसमा सहमति जनाउँछन्: “थोरै साना अपवादबाहेक यसले हामीले देखेका सबै थोकको वर्णन गर्न सक्छ।”

भविष्य

सन् २०१२, जुलाई ४ को उक्त ऐतिहासिक क्षणपश्चात् ‘पार्टिकल फिजिक्स’मा अर्को महत्त्वपूर्ण आविष्कार नभएकोमा विज्ञहरू एकमत छन्।

लार्ज हेड्रन कलाइडर तथा अमेरिकामा रहेको अर्को ‘पार्टिकल एक्सिलरेटर फर्मिल्याब’मा गरिएका पछिल्ला केही प्रयोगमा नयाँ कण वा पहिले थाहा नपाइएका भिन्न बलबारे केही सङ्केत प्राप्त भएको छ।

यदि साँच्चिकै त्यसो रहेछ भने स्ट्यान्डर्ड मोडलमाथि पनि प्रश्न उठ्न सक्छ। तर ती प्रयोगका परिणामले ठोस निष्कर्ष भने दिन सकेका छैनन्।

“हिग्स बोजनको खोजपश्चात् स्ट्यान्डर्ड मोडल बाँकी अन्य सिद्धान्तभन्दा निकै विश्वसनीय बनेको छ,” रामोस सान्चेजले भने।

तर के पनि साँचो हो भने अझै कैयौँ प्रश्न बाँकी छन् जसको उत्तर स्ट्यान्डर्ड मोडलले दिन सकेको छैन।

पार्टिकल फिजिक्सको स्ट्यान्डर्ड मोडलले ब्रह्माण्डको ५% मात्र बुझाउँछ जुन स्वाभाविक र देख्न सकिन्छ। त्यसले ‘डार्क म्याटर’बारे बताउन सक्दैन। उक्त रहस्यमय पदार्थले ब्रह्माण्डको २७% भाग ओगट्छ।

बाँकी ६८% भाग उस्तै रहस्यमय ‘डार्क एनर्जी’ले ओगट्छ।

साथै यसले किन ब्रह्माण्डमा ‘एन्टी-म्याटर’भन्दा ‘म्याटर’ धेरै छ, अनि किन ब्रह्माण्डको विस्तार तीव्र गतिमा भइरहेको छ भन्ने जस्ता प्रश्नको उत्तर दिँदैन।

अर्को कमजोरी चाहिँ यसले गुरुत्त्वाकर्षण बललाई समेट्दैन। यी रहस्यको उत्तर खोज्न कैयौँ सिद्धान्त अघि सारिएका छन् तर ती कुनैले पनि स्पष्ट उत्तर दिँदैनन्।

यद्यपि स्ट्यान्डर्ड मोडल गलत छ भन्ने अर्थ नलाग्ने विज्ञहरू बताउँछन्।

“म त यो मोडल सङ्कटमा परोस् भन्ने चाहन्छु!” क्लोजले भने।

“यदि सङ्कटमा परेको भए हामीलाई यसलाई विस्थापन गर्ने र सबै थोक बुझाउन सक्ने अर्को मोडल प्रतिपादन गर्न प्रेरणा मिल्थ्यो होला,” ती प्राध्यापकले भने।

“तर स्ट्यान्डर्ड मोडलको यथार्थ के छ भने यसले निकै सही काम गरिरहेको छ।”

“हामीलाई थाहा छ यो पूर्ण सिद्धान्त अझ पनि होइन। तर हाम्रो पहुँचमा भएका सबै थोकको यसले अहिलेसम्म पूर्ण व्याख्या गर्छ।”

कागजभन्दा पर

सन् १९६४ मा अचेल हामीले भन्ने गरेको हिग्स फील्डको अस्तित्वबारे गरिएको अध्ययनमा पिटर हिग्सबाहेक अरू वैज्ञानिक पनि संलग्न थिए।

सँगसँगैजसो अरू वैज्ञानिकहरूले पनि सोही दिशातर्फ इङ्गित गर्ने खालका अध्ययनहरू गरेका थिए।

तर ती गणितीय अवधारणा सही भएको ठम्याउने उनी एक्लै थिए। त्यस्तो कण प्रकृतिमा साँच्चिकै रहेको र त्यो कुनै गणितको समस्या समाधन गर्न गरिएको कल्पना मात्र नभएको उनले पुष्टि गरे।

“उनको गणनामा प्रकृतिमा केही अनौठो चिज भएको कल्पना गरिएको छ जसलाई हिजोआज हामी हिग्स फील्ड भन्छौँ,” क्लोजले भने।

“त्यसैले यदि उक्त फील्ड साँच्चिकै हुने हो भने त्यसलाई हामीले फेला पार्न सक्नुपर्छ। अनि त्यसलाई फेला पार्ने भनेको चाहिँ अहिले हामीले भन्ने गरेको हिग्स बोजन कणको खोजीबाटै हो।”

“यो बुझ्ने हिग्स मात्र एक व्यक्ति थिए। त्यसैले सही रूपमा बोजनलाई उनको नाम दिइएको हो।”

जीवनको आफ्नो पछिल्लो खण्डमा पिटर हिग्सले स्कटल्यान्डको एडिन्बरामा एकान्त जीवन बिताए।

उनी इन्टरनेट प्रयोग गर्दैनथे, केवल फोन प्रयोग गर्थे। लिफ्ट नभएको भवनमा बस्थे, आफ्नो कोठाबाट तल आउन उनले ८४ वटा सिँढी ओर्लिनुपर्थ्यो।

प्राध्यापक क्लोजका अनुसार पिटर हिग्सले उसैगरी एकान्तमा जीवन बिताए जसरी उनले पत्ता लगाएको बोजन कैयौँ वर्ष फेला परेन तर जब फेला पर्‍यो त्यसले ब्रह्माण्डबारे हाम्रो ज्ञानलाई सधैँका निम्ति फेरिदियो।

बीबीसीनेपालीबाट