હિગ્સ બોઝોન (ભાગ-૪)
ગયા અંકે જોયું એ પ્રમાણે પાર્ટીકલ ફિઝીક્સના સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલમાં વર્ણવેલા તમામ કણો પૈકી બળનું ક્ષેત્ર ફેલાવતા કણો સદેહે મોજૂદ હોતા નથી. એમનું ક્ષેત્ર બ્રહ્માંડમાં ચોતરફ ફેલાયેલું હોય છે. આપણે બાહ્ય બળો લગાડીને કે કૃત્રિમ સંજોગો પેદા કરીને જે-તે ક્ષેત્રની ઉર્જાને ચોક્કસ ભાગમાં સંકેન્દ્રિત કરીએ ત્યારે ક્ષેત્ર કણ સ્વરૂપે સદેહે દર્શન આપે છે. (એમ કહેવાય કે ક્ષેત્રનું ક્વોન્ટાઇઝેશન થયું અને કણનું નિર્માણ થયું) આ પ્રકારે કણ ઉત્પન્ન કરી એનો અભ્યાસ કરી શકાય છે એ સત્યના આધારે જ દુનિયાના સૌથી મોટા પાર્ટીકલ એક્સીલરેટર LHC (લાર્જ હેડ્રોન કોલાઇડર) નું નિર્માણ થયું છે. ૪ જુલાઇ, ૨૦૧૨ ના રોજ LHC ખાતે કણોની અથડામણમાં 125 થી 127 Gev/c2 જેટલું દળ ધરાવતો એક કણ મળી આવ્યો. થિયરી સાથે મસ્ત રીતે સેટ થતો હોવાના કારણે એ હિગ્સ બોઝોન હોવાનું સર્વાનુમતે નક્કી થયું. હિગ્સ બોઝોન એ હિગ્સ ફિલ્ડનું ઉત્તેજન (excitation) હતું. અહીં 127 Gev/c2 એકમને સમજવા જેવો છે. ખરેખરમાં ડિટેક્ટર્સ કોઇ ભૌતિક કણને ડિટેક્ટ નથી કરતાં પણ 127 Gev (Giga electron volt = 10^9 electron volt) જેટલી ઊર્જા ડિટેક્ટ કરે છે. આ ઉર્જાને c2 વડે ભાગો એટલે આપણને દળ પ્રાપ્ત થાય છે. (યાદ કરો E=mc2 à m=E/c2).
હિગ્સ ફિલ્ડનું મૂળભૂત કાર્ય છે કણોને દળ પુરૂં પાડવાનું. ક્વાર્ક અને લેપ્ટોન એ બંને પ્રકારના કણોનાં દળ પેદા કરવા માટે હિગ્સ ફિલ્ડ જવાબદાર છે. હિગ્સ ફિલ્ડની અન્ય કણો સાથેની આંતરક્રિયાથી દળ પેદા થાય છે એ વાત સાચી પરંતુ સાથે સાથે એ વાસ્તવિકતા પણ સમજી લેવા જેવી છે કે હિગ્સ ફિલ્ડ દળને “પેદા” (create) નથી કરતું. દળનું રો-મટીરીયલ (ઉર્જા) તો કણો પાસે પહેલેથી મોજૂદ હોય છે, જેનું રૂપાંતરણ હિગ્સ ફિલ્ડ દળમાં કરે છે. દળ સાવ nothing માંથી પેદા થતું નથી. દરેક કણ ઊર્જા ધરાવે છે. પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન જેવાં કણો ત્રણ ક્વાર્ક કણોના બનેલા હોય છે. એ ત્રણ ક્વાર્ક કણો બંધન ઉર્જાથી જોડાયેલાં હોય છે. વળી પાછા એ સતત અને સખત ગતિશીલ પણ હોય છે. અમ કણો સાથે ગતિ ઉર્જા, સ્થિતી ઉર્જા, બંધન ઊર્જા વગેરે નામધારી ઘણા પ્રકારની (પણ મૂળભૂત રીતે એક જ) ઊર્જા સંકળાયેલી હોય છે. આ ઊર્જા હિગ્સ ફિલ્ડ સાથે આંતરક્રિયા કરે છે અને પરિણામે જે-તે કણને દળ મળે છે. એમ પણ કહી શકાય કે હિગ્સ ફિલ્ડ ઉર્જાને ચોક્કસ જગ્યા પર સંકેન્દ્રિત કરી દળનું નિર્માણ કરે છે. સરળ શબ્દોમાં કહીએ તો દળ એટલે કણની ઉર્જાને હિગ્સ ફિલ્ડ સાથે અનુભવાતું ઘર્ષણ.
છેલ્લે હિગ્સ બોઝોન અને ડાર્ક મેટર વચ્ચે કોઇ સંબંધ છે કે કેમ તે મુદ્દને તપાસી હિગ્સ બોઝોન પરની આપણી ચર્ચાને પૂર્ણ વિરામ આપીશું.
હિગ્સ શોધાઇ ગયો. સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલનું માળખું હાલપુરતું તો સંપૂર્ણ થઇ ગયું અને સાથે સાથે એ સ્પષ્ટ પણ થઇ ગયું કે સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ દળના મૂળભૂત ૧૨ કણો – matter particles (ક્વાર્ક અને લેપ્ટોન્સ), બળના ૪ મૂળભૂત કણો (બોઝોન્સ) અને એક વિશિષ્ઠ પ્રકારનો બોઝોન એવો આપણો હિગ્સ બોઝોન એમ કૂલ ૧૭ કણોનું બનેલું છે. પરંતુ આવા સચોટ સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલમાં આધુનિક ભૌતિકવિજ્ઞાનના સૌથી મોટા રહસ્ય એવાં ડાર્ક મેટર વિશે કોઇ ઉલ્લેખ આવતો નથી. અહીં એવો પ્રશ્ન થાય કે ડાર્ક મેટર વળી કઇ બલા છે? એનો એકદમ ટુંકમાં જવાબ આપીએ તો આપણા બ્રહ્માંડમાં જેટલો દૃશ્ય પદાર્થ છે એના કરતાં અનેકગણો વધુ પદાર્થ અદૃશ્ય છે. ઘણા તારાગુચ્છ એવાં છે કે જેનું ગુરૂત્વાકર્ષણ ખાસ્સુ બધું વધારે છે. એટલું વધારે કે એમાં જેટલો પદાર્થ દેખાય છે એ પદાર્થ આટલું ગુરૂત્વાકર્ષણ ઉત્પન્ન કરી શકે નહીં. છતાં કરે છે. આટલાં મોટાં ગુરૂત્વાકર્ષણ માટે ઘણો વધારે પદાર્થ જોઇએ, જે એટલામાં જ ક્યાંક છુપાયેલો હોવો જોઇએ. આવા જથ્થાબંધ પદાર્થને ડાર્ક મેટર નામ આપવામાં આવ્યું છે. પરંતુ એ છુપાયેલું ડાર્ક મેટર સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલમાં ક્યાં ફીટ બેસશે? ડાર્ક મેટર કયાં અદૃશ્ય કણોનું બનેલું છે? દૃશ્ય પદાર્થ કરતાં અદૃશ્ય પદાર્થનું દળ ઘણું વધારે છે. મેટર ના દળ માટે હિગ્સ કણ જવાબદાર છે તો શું ડાર્ક મેટરના દળ માટે કોઇ અદૃશ્ય ડાર્ક હિગ્સ જવાબદાર છે? જો એવો ડાર્ક હિગ્સ હોય તો એ સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલમાં ક્યાં ફીટ બેસશે? આવી કેટલીક ખુટતી કડીઓ સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ પર પ્રશ્નો ઉભા કરે છે.
આવી ખામીઓ (કહો કે loopholes) દૂર કરવાનો એક ગાણિતિક ઉપાય એ છે કે એક કરતાં વધારે હિગ્સનું અસ્તિત્વ છે એમ માનવું. શિકાગોની ફર્મી લેબ ના ડેન હુપર જેવાં પાર્ટીકલ ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓની ગણતરી અનુસાર પાંચ અલગ અલગ પ્રકારના હિગ્સ બોઝોન અસ્તિત્વ ધરાવતા હોય તો જ સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ પરિપૂર્ણ થાય એમ છે. ઘણા ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓ એવું માને છે કે સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલથી આગળ વધુ સચોટ પ્રકારનું ગાણિતિક મિકેનિઝમ છુપાયેલું છે જેને BSM (Beyond Standard Model) કહે છે. જોકે BSM થી સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલના કોઇ કણ કે નિયમો ખોટા સાબિત થવાના નથી પરંતુ સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલના loopholes પુરાશે અને એનું વિસ્તરણ થશે. એ જરાક વધુ ખીલશે અને બ્રહ્માંડના ગુણધર્મોનું વધુ સચોટતાથી વર્ણન કરી શકશે. આ BSM માં ખુટતી વસ્તુઓની ખોટ પુરવા એક નવો વિચાર લાવવામાં આવ્યો છે જેનું નામ છે supersymmetry. સુપરસિમિટ્રીના ખ્યાલ અનુસાર હાલનું સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ અડધું છે કારણ કે ડાર્ક મેટર જેવા ભાગતાં ભૂતની ચોટલી પકડવા દરેકે દરેક પાર્ટીકલનો એક દળદાર જોડીદાર હોવો જોઇએ. આ જોડીદાર અદૃશ્ય છે અને એટલે હાલપુરતું તો એ આપણી પકડથી બહાર છે. અદૃશ્ય છે. Particles નાં આ પ્રકારનાં દળદાર જોડીદારનું નામ છે Sparticles. આ Particles અને Sparticles ભેગા મળીને સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલને સચોટ અને સર્વાંગસંપૂર્ણ બનાવે છે. જો સુપરસિમિટ્રી સાચી પડે તો બ્રહ્માંડને સમજવાની રેસમાં આપણે ઘણાં આગળ વધી શકીએ એમ છીએ.
આમાં કેટલાંક વૈજ્ઞાનિકો જરા હટકે ખ્યાલ ધરાવે છે. એમનું માનવું છે કે હિગ્સ એટલાં માટે બધાં જવાબો નથી આપી શકતો કારણ કે હિગ્સ પોતે મૂળભૂત કણ નથી. હિગ્સ હજી બીજા પેટા કણોનો બનેલો છે. હજી આ વાત સાબિત થઇ નથી અને એવા પેટા કણોને નામ પણ આપી દેવાયું છે. ભેંસ ભાગોળે છાશ છાગોળે અને હજી શોધાયા જ ન હોય એવાં કણોનું નામકરણ કરવા માટે ઘરમાં ધમાધમ જેવો ઘાટ છે. હિગ્સ જે કણોનો બનેલો હોવાનું ધારવામાં આવે છે એ કણોનું નામ છે techni-quark અને એમની વચ્ચે લાગતાં બળોનું નામ છે techni-force. જેમ ત્રણ ક્વાર્ક એક રીતે ભેગા થઇને પ્રોટોન અને અલગ રીતે ભેગા થઇને ન્યુટ્રોન બનાવે છે એજ રીતે techni-quark ની એક પ્રકારની ગોઠવણ એટલે હિગ્સ અને બીજા પ્રકારની ગોઠવણ એટલે કદાચ ડાર્ક હિગ્સ. મતલબ કે એક અલગ પ્રકારનો હિગ્સ બોઝોન (ડાર્ક હિગ્સ) જ તો ડાર્ક મેટર છે. એમ પણ બની શકે કે techni-quark ની બે કરતાં વધારે પ્રકારે ગોઠવણ થઇ શકતી હોય અને એ બીજાં કોઇ અજાણ્યા કણોનું રહસ્યોદ્ઘાટન પણ કરી શકે એમ છે. જેમ ક્વાર્ક-ક્વાર્ક વચ્ચે ગ્લુઓન નામનું બળ કામ કરે છે એમ techni-quark techni-quark વચ્ચે techni-force નામનું બળ કામ કરે છે.
આમાંથી વાસ્તવિકતા શું છે એ તો ભગવાન જાણે પણ એક વસ્તુ આપણા અનુભવ પરથી સ્પષ્ટ થાય છે કે આપણે વાસ્તવિકતાની જેટલાં નજીક જઇએ છીએ એમ એ વાસ્તવિકતાની વિશાળતા વધતી જાય છે. જેવી આપણને એક દરવાજાની ચાવી મળે છે અને આપણે એ દરવાજો ખોલીએ છીએ કે તરત જ સામે બીજા પાંચ બંધ દરવાજા દેખાય છે, જેની ચાવીઓ હજી શોધવાની બાકી છે. કુદરતનાં રહસ્યો ઉકેલવાની આ યાત્રામાં આપણે હજી કેટલાં આગળ વધી શકીશું? કે પછી ક્યાંક એવું તો નથી ને, કે બ્રહ્માંડના રહસ્યો હંમેશ માટે રહસ્ય બની રહેવા જ સર્જાયા હોય!
(પૂર્ણ)
