ગૉડ્સ પાર્ટિકલના સિદ્ધાંતે કેવી રીતે બ્રહ્માંડની સમજણ બદલી નાખી?

નોબેલ પારિતોષિક વિજેતા બ્રિટિશ ભૌતિકશાસ્ત્રી પીટર હિગ્સનું મંગળવારે 94 વર્ષની વયે અવસાન થયું હતું. તેમની સ્મૃતિમાં અમે 2022માં પ્રકાશિત આ લેખ ફરી પ્રસ્તુત કરીએ છીએ. પીટર હિગ્સે શોધેલા પાર્ટિકલ (કણ) હિગ્સ બોસોને, આપણે આપણી બાજુની દરેક વસ્તુને જે રીતે સમજીએ છીએ તેને કેવી રીતે બદલી નાખ્યું હતું તેની વાત આ લેખમાં કરવામાં આવી છે.

લાર્જ હેડ્રોન કોલાઇડર (એલએચસી)ના સંશોધકોએ 2012ની ચોથી જુલાઈએ જાહેરાત કરી હતી કે તેમને 48 વર્ષથી વણઉકલ્યા રહેલા કોયડાનો છેલ્લો હિસ્સો મળી આવ્યો છે.

એલએચસી અત્યાર સુધીનું સૌથી મોટું અને જટિલ મશીન છે. સંશોધકોએ તેમાંથી જે હિસ્સો મળ્યાની વાત કરી હતી તે સબએટોમિક વિશ્વનો એક કણ છે અને તે પ્રાથમિક નિર્માણ ખંડોમાંનો એક છે, જે આપણે જાણીએ છીએ તેને બનાવે છે.

એ ટુકડો હિગ્સ બોસોન છે અને તેના અસ્તિત્વની પુષ્ટિ આધુનિક ભૌતિકશાસ્ત્રની સૌથી મોટી સિદ્ધિઓ પૈકીની એક છે.

હિગ્સ બોસોનની શોધની સાથે સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ પૂર્ણ થઈ ગયું હતું. હિગ્સ બોસોનની શોધ બાદ એ તમામ કણોના સમૂહની માહિતી પૂર્ણ થઈ જેનાથી આપણે જે કંઈ પણ જાણીએ છીએ, તે બને છે અને આ કણો વચ્ચે કામ કરતા બળોની પણ સમજણ પણ મળી શકી છે.

લાર્જ હેડ્રોન કોલાઇડર 1964માં શરૂ થયેલા એક સાહસિક ઍડવેન્ચરનું પરિણામ છે

1964માં બ્રિટિશ વૈજ્ઞાનિક પીટર હિગ્સે બોસોન નામના કણોના અસ્તિત્વની થિયરીની ભવિષ્યવાણી કરી હતી અને ત્યારે શરૂ થયેલા સાહસિક પ્રયોગનું પરિણામ હતું લાર્જ હેડ્રોન કોલાઇડર.

આ વિજ્ઞાનીનું મંગળવારે 94 વર્ષની વયે અવસાન થયું હતું.

હિગ્સે પોતે કહ્યું હતું કે બોસોન તેમનો અત્યાર સુધીનો "એકમાત્ર સારો વિચાર" હતો. શરૂઆતમાં તેઓ એવું માનતા હતા કે તેમની થીયરી નકામી ગણતરીઓથી વિશેષ બીજું કશું નથી.

જોકે, વાસ્તવમાં થયું એવું કે તેમણે જે પાર્ટિકલનો સિદ્ધાંત આપ્યો હતો અને કોલાઈડરે તેના અસ્તિત્વની પુષ્ટિ કરી હતી તે બ્રહ્માંડ વિશેની આપણે સમજણમાં ક્રાંતિ લાવ્યો હતો.

આ સારા વિચાર માટે હિગ્સને 2013માં ભૌતિકશાસ્ત્રનો નોબેલ પુરસ્કાર આપવામાં આવ્યો હતો.

એલએચસી દ્વારા હિગ્સ બોસોનની શોધની દસમી વર્ષગાંઠ પ્રસંગે 2022માં થયેલી વાતચીતમાં બે નિષ્ણાતોએ સમજાવ્યું હતું કે આ નાનકડો કણ આપણને માનવતાના બે મોટા સવાલ – આપણે ક્યાંથી આવ્યા છીએ અને આપણે શેના બનેલા છીએ – તેનો જવાબ આપવામાં મદદ કરે છે.

સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ

લાંબા સમય સુધી એવું માનવામાં આવતું હતું કે પરમાણુ અસ્તિત્વમાં છે તેવી તમામ ચીજોમાંનો પ્રાથમિક કણ છે.

એ પછી આપણને ખબર પડી હતી કે તે પરમાણુ વાસ્તવમાં અતિ નાના કણોના બનેલા હોય છે. અણુના ન્યુક્લિયસને બનાવતા પ્રોટોન અને ન્યૂટ્રોન્સ તેમજ ઇલેક્ટ્રોન ન્યુક્લિયસની આજુબાજુ ભ્રમણ કરે છે.

તે પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન્સને પણ નાના કણોમાં વિભાજિત કરી શકાય છે, તેની આપણને હવે ખબર પડી છે.

કુલ 17 મૂળભૂત કણોને શોધી કાઢવામાં આવ્યા હતા. તે દળોના પ્રભાવને કારણે એકમેકની સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે ત્યારે, આપણે જાણીએ છીએ તે સમગ્ર બ્રહ્માંડ બને છે.

17 કણો અને દળોનો આ સમૂહ સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ તરીકે ઓળખાય છે.

સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલના કણોને બે મુખ્ય વિભાગ – ફર્મિઓન અને બોસોનમાં વહેંચવામાં આવ્યા છે.

ફર્મિઓન્સ એ છે, જેનાથી બ્રહ્માંડની દરેક વસ્તુ બનેલી છે. તેઓ લેગો પિસીઝ જેવા છે. તેનો આધાર તેઓ કઈ રીતે જોડાય છે તથા વિભિન્ન પરમાણુ બનાવે છે તેના પર હોય છે.

છ ક્વાર્ક અને છ લેપ્ટોનમાં વિભાજિત 12 ફર્મિઓન છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો આપણે જાણીએ છીએ તે તમામ પદાર્થ આ ક્વાર્ક અને લેપ્ટોન્સના સંયોજનથી બનેલા છે.

બોસોન એવા કણો છે, જે ફર્મિઓનની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા ફોર્સિસનું વહન કરે છે. કુલ પાંચ પ્રકારના બોસોન છે અને તે પ્રત્યેક, પદાર્થને ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરાવતા ત્રણ મૂળભૂત ફોર્સિસ પૈકીના એકનું વહન કરે છે.

ગ્લુઓન ક્વાર્ક્સને જોડાયેલા રાખતા મજબૂત ફોર્સનું વહન કરે છે, જ્યારે ડબ્લ્યૂ બોસોન અને ઝેડ બોસોન નબળા ફોર્સનું વહન કરે છે, જે અણુના ન્યુક્લિયસને અન્ય પ્રકારના અણુમાં ક્ષીણ થવાનું કારણ બને છે.

ફોટોન ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ફોર્સનું વહન કરે છે.

ચોથો ફોર્સ એટલે કે ગુરુત્વાકર્ષણ કદાચ સૌથી વધારે પ્રખ્યાત છે, પરંતુ સબએટોમિક સ્તરે ગુરુત્વાકર્ષણ એટલું નબળું છે કે તેના પ્રભાવને મોટા ભાગે અવગણી શકાય છે. તેથી તે સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલનો હિસ્સો નથી.

આ સાથે સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલની વાત લગભગ પૂર્ણ થાય છે. બ્રહ્માંડને આકાર આપવા માટે ફર્મિઓન ફેમિલી બોસોન ફેમિલી સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે.

જોકે, પાંચમા બોસોન વિશે વાત કરવી જરૂરી છે. તે છે હિગ્સ બોસોન.

હિગ્સ બોસોન શું છે?

12 ફર્મિઓન અને ચાર બોસોન મળીને આપણી પાસે સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલના કુલ 17 હિસ્સામાંથી 16 છે. આ મોડેલને પૂર્ણ કરતો એકમાત્ર હિસ્સો હિગ્સ બોસોન બાકી રહે છે.

મુખ્ય સવાલ એ છે કે ક્વાર્ક અને લેપ્ટોન્સ જેવા કણોમાં દળ હોય છે તથા તેનાથી પદાર્થ બને છે, પરંતુ આ કણો તેમનું દળ ક્યાંથી મેળવે છે? આ સવાલના જવાબ માટે હિગ્સ બોસોન જરૂરી છે.

તેનો જવાબ છેઃ કથિત હિગ્સ ફિલ્ડ. તે અદૃશ્ય વાતાવરણ છે, જે સમગ્ર બ્રહ્માંડમાં ફેલાયેલું છે અને તેના દ્રવ્ય સાથે નેવિગેટ કરતા કણોને ફળદ્રુપ કરે છે.

તે હિગ્સ ફિલ્ડમાં હિગ્સ બોસોન હોય છે, જે કણોને દળ આપતા દ્રવ્યનું સર્જન કરે છે.

ઑક્સફોર્ડ યુનિવર્સિટીના સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્રના પ્રોફેસર ફ્રેન્ક ક્લોઝે કહ્યું હતું, "હિગ્સ બોસોનની શોધે દર્શાવ્યું છે કે એક વિચિત્ર બાબત છે, જેમાં આપણે બધા ડૂબેલા છીએ અને તે હિગ્સ ફિલ્ડ તરીકે ઓળખાય છે."

‘ઍલ્યુઝિવઃ હાઉ પીટર હિગ્સ સોલ્વ્ડ ધ મિસ્ટરી ઑફ માસ’ નામનું પુસ્તક પણ લખી ચૂકેલા ફ્રેન્ક ક્લોઝે ઉમેર્યું હતું, "માછલીઓએ પાણીમાં રહેવું પડે છે તેમ આપણને હિગ્સ ફિલ્ડની જરૂર હોય છે."

1964માં આ ફિલ્ડના અસ્તિત્વના સિદ્ધાંત રજૂ કરનાર અને તેની સાથે સંકળાયેલા કણો પણ હોવા જોઈએ તેવી આગાહી કરી ચૂકેલા પ્રથમ લોકોમાં પીટર હિગ્સનો સમાવેશ થતો હતો.

જોકે, આપણે હવે જેને હિગ્સ બોસોન તરીકે જાણીએ છીએ તે પાર્ટિકલનું અસ્તિત્વ છે તેનું અવલોકન કરવાનું 2012માં એલએચસીને લીધે જ શક્ય બન્યું હતું.

આ શોધ આટલી મહત્ત્વપૂર્ણ શા માટે?

મેક્સિકોની નેશનલ ઑટોનૉમસ યુનિવર્સિટીની ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑફ ફિઝિક્સના સંશોધક સાઉલ નોએ રામોસ સાંચેઝના જણાવ્યા મુજબ, હિગ્સ બોસોનની શોધે ત્રણ મુખ્ય સીમાચિહ્નો અંકિત કર્યાં હતાં. તેનાથી બ્રહ્માંડ વિશેની આપણી સમજ બદલાઈ ગઈ હતી.

રામોઝ સાંચેઝે કહ્યું હતું, સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ "માનવજાતિનો સૌથી સચોટ સિદ્ધાંત છે." એ સિદ્ધાંત સૌથી વધુ ચોકસાઈભર્યો હોવાનું માનવામાં આવે છે.

આ વાત સાથે સંમત થતાં ક્લોઝે કહ્યું હતું, "કેટલાક અપવાદોને બાદ કરતાં તે આપણે જોઈએ છીએ તે બધાને ખૂબ સારી રીતે સમજાવે છે."

ભવિષ્યની વાત

2012ની ઐતિહાસિક ચોથી જુલાઈ પછી પાર્ટિકલ ફિઝિક્સ સંબંધે અન્ય કોઈ મોટી શોધ થઈ નથી એ વાત સાથે નિષ્ણાતો સહમત છે.

એલએચસી અને અમેરિકામાંની અન્ય પાર્ટિકલ ઍક્સેલેરેટર ફર્મિલેબ ખાતેના તાજેતરના કેટલાક પ્રયોગોએ નવા કણ અથવા અગાઉ શોધાયેલ બળ શું હોઈ શકે તેના સંકેતો આપ્યા છે.

ખરેખર આવું હોય તો સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ વિશે પ્રશ્નો ઊભા થઈ શકે છે.

અલબત, આ પ્રયોગોનું પરિણામ અનિર્ણિત છે.

રામોસ સાંચેઝે કહ્યુ હતું, "હિગ્સ બોસોનની શોધ પછી સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ અન્ય કંઈપણ કરતાં વધારે નક્કર બન્યું છે."

એ પણ સાચું છે કે એવા ઘણા પ્રશ્નો છે, જેનો જવાબ સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ આપી શકતું નથી.

પાર્ટિકલ ફિઝિક્સનું સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ બ્રહ્માંડના માત્ર પાંચ ટકા સામાન્ય અથવા દૃશ્યમાન દ્રવ્યની માહિતી આપે છે. ડાર્ક મેટર શું છે તેની સમજ આપતું નથી. ડાર્ક મેટર એક રહસ્યમય ઘટક છે અને બ્રહ્માંડનો 27 ટકા હિસ્સો તેનો બનેલો છે. બાકીનો 68 ટકા હિસ્સો ભેદી ડાર્ક ઍનર્જીનો બનેલો છે.

બ્રહ્માંડમાં ઍન્ટિમેટર કરતાં વધુ દ્રવ્ય શા માટે છે અથવા બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ શા માટે ઝડપી થઈ રહ્યું છે એ તે સમજાવી શકતું નથી. તે ગુરુત્વાકર્ષણના બળનો સમાવેશ પણ કરતું નથી.

આ કોયડાઓને ઉકેલવા માટે ઘણા સિદ્ધાંતો વિકસાવવામાં આવ્યા છે, પરંતુ તેમાંથી એકેય પાસે ચોક્કસ જવાબ નથી, પરંતુ તેનો અર્થ એ નથી કે સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ ખોટું છે, એવું નિષ્ણાતો કહે છે.

પ્રોફેસર ક્લોઝે કહ્યું હતું, "મોડેલ અપૂર્ણ હોત તો સારું હતું. એવું હોત તો આપણને સંકેતો મળ્યા હોત કે આપણને આ બધું સમજાવે તેવો નવો સિદ્ધાંત બનાવવાની જરૂર છે."

"સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલની સમસ્યા એ છે કે તે ખૂબ સારી રીતે કામ કરે છે," એમ કહેતાં તેમણે ઉમેર્યું હતું, "તે નિર્ણાયક સિદ્ધાંત નથી એ આપણે જાણીએ છીએ, પરંતુ આપણે જાણીએ છીએ તે તમામ બાબતનું સંપૂર્ણ વર્ણન તેમાં છે."

વધુ સંશોધનની જરૂરિયાત

આપણે જેને હિગ્સ ફિલ્ડ તરીકે ઓળખીએ છીએ તેના અસ્તિવના વિચારની દિશામાં 1964માં કામ કરતા હોય તેવા એકમાત્ર વ્યક્તિ હિગ્સ ન હતા.

એ દિશા તરફ નિર્દેશ કરતા અભ્યાસોનું આલેખન અન્ય વિજ્ઞાનીઓ પણ કરી રહ્યા હતા.

અલબત, માત્ર હિગ્સને જ સમજાયું હતું કે તેમનો ગાણિતિક આઈડિયા સાચો છે. પ્રકૃતિમાં તેનું વાસ્તવમાં અસ્તિત્વ છે અને તે સૈદ્ધાંતિક સમસ્યાના નિરાકરણની તરકીબ માત્ર નથી.

પ્રોફેસર ક્લોઝે કહ્યું હતું, "હિગ્સની મેથેમેટિકલ ટ્રિક્સ એવું ધારે છે કે બ્રહ્માંડમાં કશુંક વિચિત્ર છે, જેને આપણે હિગ્સ ફિલ્ડ કહીએ છીએ."

"તેથી એ ફિલ્ડ વાસ્તવિક હોય તો તેને શોધવા આપણે સક્ષમ હોવા જોઈએ અને તેનો શોધવાનો માર્ગ આપણે જેને હિગ્સ બોસોન કહીએ છીએ તે હોવો જોઈએ."

"હિગ્સ એકમાત્ર એવી વ્યક્તિ હતા, જેમના ધ્યાનમાં તે ફિલ્ડ આવ્યું હતું. તેથી બોસોનને તેમનું નામ યોગ્ય રીતે આપવામાં આવ્યું છે."

પીટર હિગ્સે એ પછીના નિવૃત્તિનાં વર્ષો સ્કૉટલૅન્ડના એડિનબર્ગમાં એકાંતવાસમાં પસાર કર્યાં હતાં.

તેઓ ઇન્ટરનેટનો ઉપયોગ કરતા ન હતા. માત્ર ફોન વાપરતા હતા. તેઓ લિફ્ટ વગરની ઇમારતમાં રહેતા હતા અને શેરીમાં પહોંચવા માટે તેમણે 84 પગથિયાં ઊતરવાં પડતાં હતાં.

પ્રોફેસર ક્લોઝના જણાવ્યા મુજબ, "આ બધું દર્શાવે છે કે પીટર હિગ્સ બોસોન જેટલા જ સમજવા મુશ્કેલ હતા. એ બોસોન, જે વર્ષો સુધી છુપાયેલ હતો અને આખરે દેખાયો ત્યારે બ્રહ્માંડ વિશેની આપણે ધારણા કાયમ માટે બદલાઈ ગઈ."

(બીબીસી માટે કલેક્ટિવ ન્યૂઝરૂમનું પ્રકાશન)

તમે બીબીસી ગુજરાતીને સોશિયલ મીડિયા પર અહીં ફૉલો કરી શકો છો

Facebook પર સમાચાર વાંચવા અહીં ક્લિક કરો.

Instagram પર બીબીસી ગુજરાતીને અહીં ફૉલો કરો.

YouTube પર બીબીસી ગુજરાતીના વીડિયો જોવા માટે અહીં ક્લિક કરો.

Twitter પર બીબીસી ગુજરાતીને ફૉલો કરવા અહીં ક્લિક કરો.