13 जुलाई 2024

हिग्स बोसॉन: एक भुला हुआ चमत्कार

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4 जुलाई 2012 को, सबसे महत्वपूर्ण सैद्धांतिक कार्य का अनावरण हुआ – हिग्स बोसॉन कण की खोज। इस खोज के पीछे के वैज्ञानिक पीटर हिग्स ने इस महत्वपूर्ण खोज पर केवल ठंडी प्रतिक्रिया दी, जिसे लार्ज हैड्रोन कोलाइडर की मदद से किया गया था।

वैज्ञानिक समुदाय में इस कण ने काफी चर्चा बटोरी और इसे “गॉड-पार्टिकल” का नाम दिया गया। यह कण कण भौतिकी के मानक मॉडल में एकमात्र ऐसा कण था जिसे प्रयोगात्मक रूप से ग्राफ और विश्लेषण करने की आवश्यकता थी।

लार्ज हैड्रोन कोलाइडर का प्रमुख उद्देश्य

लार्ज हैड्रोन कोलाइडर का निर्माण हिग्स-बोसॉन कण की खोज के उद्देश्य से किया गया था, और इस खोज ने भौतिकी में आगे के अनुसंधान की दिशा को परिभाषित किया। इस कण की खोज ने ब्रह्मांड के नियमों को संचालित करने वाले मौलिक बलों और कणों के बारे में भविष्यवाणियों की पुष्टि करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई।

पीटर हिग्स के जीवनकाल में हिग्स कण को खोजना एक अनिश्चित कार्य था। बोसॉन के अस्तित्व का सुझाव देने वाले सैद्धांतिक ढांचे ने उसके द्रव्यमान को निर्दिष्ट नहीं किया, जिससे भौतिकविदों को व्यापक रेंज में खोज करनी पड़ी।

हिग्स और उनके सहयोगियों द्वारा इसके अस्तित्व का प्रस्ताव करने के 48 साल बाद वैज्ञानिक इस मायावी कण का पता लगाने में सक्षम हुए। किसी अन्य मौलिक कण की खोज में इतना लंबा समय नहीं लगा।

पेरिस साइट यूनिवर्सिटी और CERN में एक प्रयोगात्मक कण भौतिकविद् रैना कैमैचो टोरो कहती हैं, हिग्स की भविष्यवाणी और पहचान की दशक-लंबी कहानी “साथ काम करने के महत्व, [तथा] सैद्धांतिक समुदाय और प्रयोगात्मक समुदाय के बीच संचार” को उजागर करती है।

विस्तृत परिदृश्य

हिग्स का जन्म न्यूकैसल-अपॉन-टाइन में हुआ था, उन्होंने किंग्स कॉलेज लंदन से पीएचडी प्राप्त की और फिर एडिनबर्ग विश्वविद्यालय में अपने अनुसंधान को आगे बढ़ाया, और इसी दौरान 1964 में उनका सबसे प्रसिद्ध पेपर प्रकाशित हुआ। उस समय भौतिकी का मानक मॉडल अभी तक संकल्पित नहीं हुआ था।

भौतिकविद् तब भी हेड्रोन नामक कई कणों से जूझ रहे थे, जिन्हें प्रारंभिक त्वरक और ब्रह्मांडीय किरण प्रयोगों में खोजा जा रहा था। उस समय, उन्हें यह एहसास नहीं था कि ये कण वास्तव में क्वार्क नामक मौलिक कणों के संयोजन थे, जो एक मजबूत बल द्वारा एक साथ रखे गए थे।

भौतिकविदों को मजबूत बल के बारे में पता था, यह वही बल है जो कणों को एक साथ रखता है और नाभिक और परमाणुओं को समाहित करता है। कमजोर बल को भी समझा गया था जिसे रेडियोधर्मी विलंब में इसकी भूमिका के माध्यम से देखा जा सकता था। हाल ही में संकल्पित क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स का सिद्धांत पर्याप्त रूप से बिजली और चुंबकत्व के बीच के संबंध का वर्णन करता था और जब वे दोनों एक साथ विद्युतचुंबकीय पारस्परिक क्रिया में मिलते हैं तो कैसे बातचीत करते हैं।

भौतिकविदों ने एकीकृत क्षेत्र सिद्धांत विकसित करने का प्रयास किया जो मजबूत और कमजोर बलों को मिला सके, लेकिन वे सफल नहीं हो सके। चुनौती कमजोर बल को मध्यस्थता करने वाले कणों के साथ थी, जिन्हें W और Z बोसॉन के रूप में जाना जाता है। अन्य बल-वाहक कणों के विपरीत, जो द्रव्यमान रहित होते हैं, W और Z बोसॉन का द्रव्यमान होता है। भौतिकविद अभी भी यह पता लगाने की कोशिश कर रहे थे कि W और Z बोसॉन अलग क्यों हैं, और ये बल-वाहक कण क्यों हैं।

1964 में, पीटर हिग्स ने एक पेपर प्रकाशित किया जिसमें समझाया गया कि ब्रह्मांड में समरूपता कैसे टूट गई होगी। उनकी व्याख्या को सरल बनाने के लिए: प्रारंभिक ब्रह्मांड की कल्पना करें जो एक सममित लेकिन अस्थिर क्षेत्र से भरा हुआ था जो कणों को द्रव्यमान प्रदान करता है। समय के साथ, यह क्षेत्र अधिक स्थिर स्थिति में बस गया। इस परिवर्तन ने उन बलों का वहन करने वाले कणों के बीच देखे गए अंतरों को जन्म दिया। यह संक्षिप्त अस्थिर क्षेत्र, जिसे अब हिग्स क्षेत्र के रूप में जाना जाता है, ने भारी W और Z बोसॉन के अस्तित्व की अनुमति दी।