लाजाळू देवकण आणि त्यांचा तितकाच लाजाळू शोधक

मला वाचकांना अनेक खर्व किंवा निखर्व वर्षांपूर्वी होऊन गेलेल्या एका क्षणापर्यंत मागे न्यायचे आहे. हाच तो क्षण होता की ज्या क्षणी या विश्वाची निर्मिती, वैश्विक महास्फोट किंवा बिग बॅन्गमुळे झाली होती. या क्षणानंतर लगेचच हे प्रसरण पावणारे विश्व, प्रकाशाच्या वेगाने इतस्ततः फेकल्या जाणार्‍या आणि संपूर्णपणे वस्तूमान विरहित असलेल्या तेजकणांनी भरून गेले होते. परंतु याच्या पाठोपाठ किंवा एका निखर्वांश सेकंदानंतर, अशी एक अगम्य घटना घडली की ज्यामुळे संपूर्णपणे वस्तूमान विरहित असलेल्या या तेजकणांपैकी काही तेजकणांना अचानक वस्तूमान प्राप्त झाले. यानंतर वस्तूमान प्राप्त झालेल्या या नवीन कणांमधून क्वार्क्स आणि इलेक्ट्रॉन्स या सारखे अणूच्या अंतरंगाचा भाग असलेले वस्तूकण निर्माण झाले. या प्रक्रियेची कल्पना जरी आपण करू शकत असलो तरी ज्या अगम्य घटनेमुळे वस्तूमान विरहित तेजकणांपासून वस्तूमान असलेल्या कणांची निर्मिती होऊ शकली, ती अगम्य घटना काय असावी? या प्रश्नाचे उत्तर शोधणार्‍या शास्त्रज्ञांना ते उत्तर बराच काल तरी मिळू शकलेले नव्हते.

अगदी शालेय पातळी वरील भौतिकी किंवा पदार्थ विज्ञान शास्त्राचा विद्यार्थी आपल्याला सांगू शकेल की वस्तुमानाचे विघटन केल्यास उर्जा प्राप्त होऊ शकते. याचे अगदी सर्व सामान्य उदाहरण म्हणजे लाकडाचे ज्वलनाने विघटन केल्यास उष्णता आणि प्रकाश या दोन्ही उर्जा निर्माण करता येतात. याच पातळी वरील विद्यार्थी, आपल्याला विश्वामधील उर्जा नष्ट न होता फक्त एका स्वरूपातून दुसर्‍या स्वरूपात कशी बदलू शकतात हे तत्त्व (the principle of conservation of energy) मोठ्या सहजतेने उदाहरणांच्या आधारे सिद्ध करून देऊ शकतो. विसाव्या शतकाच्या प्रारंभी अल्बर्ट आइनस्टाइन या प्रसिद्ध शास्त्रज्ञाने वस्तुमानाचे उर्जेमध्ये होणार्‍या रुपांतराचे गणिती समीकरण आपल्यासमोर प्रथम सादर केले होते. परंतु हे सर्व प्रयत्न एक अर्धेच चित्र रंगवल्यासारखे होते कारण कोणत्याही शास्त्रज्ञाला उर्जेचे वस्तुमानात रुपांतर होते का? आणि होत असल्यास कसे व कधी रूपांतर होते याबद्दल काहीच सांगता येत नव्हते. वैश्विक पातळीवर बोलायचे तर कृष्णविवरे, महाकाय वस्तूमान असलेले तारे आणि ग्रह यांचे सहजपणे भक्षण करून अतिशय तीव्र स्वरूपाचे उर्जाझोत किंवा फवारे बाहेर टाकतात हे आपल्याला माहीत असले तरी विश्वातील एखाद्या, जेथे वस्तूमान असणारे कोणतेही सूक्ष्म कण आधी कधीच अस्तित्वात नव्हते, अशा जागी, वस्तूमान असलेले सूक्ष्म कण व त्या पासून बनलेले नवीन तारे कसे व का जन्म घेतात हे सांगणे कोणालाही बराच काल शक्य झालेले नव्हते.

1960च्या दशकात स्कॉटलंड मधील एक भौतिकी शास्त्रज्ञ पीटर हिग्ज यांनी हे अर्धे चित्र पूर्ण करणे शक्य होईल असे वाटणारा एक नवा सिद्धांत मांडला. या सिद्धांताप्रमाणे सर्व विश्व व्यापून टाकणार्‍या एका उर्जा क्षेत्राच्या अस्तित्वाची कल्पना हिग्ग्ज यांनी मांडली. हे उर्जा क्षेत्र, विश्वातील प्रत्येक चल, अचल, सजीव, निर्जीव ( म्हणजेच अगदी तुमच्या आमच्या शरीरात सुद्धा) अशा सर्व गोष्टींमध्ये आणि आसमंतात पसरलेले असले पाहिजे आणि अणूच्या अंतरंगात असलेल्या क्वार्क किंवा इलेक्ट्रॉन या कणांना हे क्षेत्र वस्तूमान प्रदान करत असले पाहिजे अशी अटकळ त्यांनी बांधली. एका साध्या नोट्पॅडवर पेन्सिलीने लिहिलेल्या या सिद्धांतामध्ये एका नव्याच सूक्ष्म कणाच्या अस्तित्वाची शक्यताही हिग्ज यांनी व्यक्त केलेली होती व या नव्या कणाचे सर्वव्यापी उर्जा क्षेत्राबरोबर आदान-प्रदान करून अणूच्या अंतरंगातील कण वस्तूमान प्राप्त करून घेत असले पाहिजेत अशीही कल्पना मांडलेली होती. या सर्वव्यापी उर्जा क्षेत्राला व सूक्ष्म कणांना साहजिकच हिग्ज उर्जा क्षेत्र आणि हिग्ज सूक्ष्म कण या नावाने ओळखले जाऊ लागले. वस्तूमान नसलेल्या आणि प्रकाशाच्या वेगाने इतस्ततः फेकल्या जाणार्‍या तेजकणांच्या सागराचे स्वरूप असलेले जन्मकालीन विश्व,तसे न रहाता नंतर तारे, गॅलॅक्सी यांनी भरून गेले या घटनेमागे हे हिग्ज उर्जा क्षेत्रच असले पाहिजे हे या हिग्ज सिद्धांतामुळे स्पष्ट होते.

अणूच्या अंतरंगातील सूक्ष्म कण व ज्या चार मूळ बलांद्वारे (forces) हे सूक्ष्म कण एकमेकावर परिणाम साधत असतात, ती बले आणि सूक्ष्म कण यांच्या बाबतीतील शास्त्रीय जगतातील सर्वमान्य कल्पनांप्रमाणे, क्वार्क किंवा इलेक्ट्रॉन हे सूक्ष्म कण, बोसॉन या कणाचे ( सुप्रसिद्ध भारतीय शास्त्रज्ञ सत्येंद्रनाथ बोस यांच्या नावावरून दिलेले नाव) आदान-प्रदान करून एकमेकावर बलयुक्त परिणाम साधत असतात. या बोसॉन कणांना वस्तूमान असते आणि विश्वातील मुलभूत कण असे ज्या 12 प्रकारच्या सूक्ष्म कणांना संबोधले जाते त्यात या बोसॉनचा आणि वस्तुमान नसलेल्या तेजकणांचा किंवा फोटॉन्सचाही समावेश केला जातो. हिग्ज यांनी 12 कणांच्या आणि 4 बलांच्या या भौतिकी मधील मुलभूत सिद्धांताची (The Standard Model in Physics.) व्याप्ती आपल्या हिग्ज बोसॉन या सूक्ष्म कणाचा त्यात अंतर्भाव करून आणखी विस्तारली. वर उल्लेख केल्याप्रमाणे सर्वव्यापी हिग्ज उर्जा क्षेत्र या हिग्ज बोसॉन कणाचे आदान-प्रदान करूनच अणूच्या अंतरंगातील सूक्ष्म कणांना वस्तूमान बहाल करत असते.

पीटर हिग्ज यांनी मांडलेल्या या सिद्धांतानुसार, लेखाच्या सुरुवातीस वैश्विक महास्फोटानंतरच्या एका निखर्वांश कालावधीनंतर काय घडले असावे याची सहजपणे कल्पना करता येते. या वेळेस कोणत्यातरी कारणांमुळे हिग्ज उर्जा क्षेत्र अस्तित्वात आले आणि वस्तूमान असलेल्या सूक्ष्मकण निर्मितीची प्रक्रिया चालू झाली.

भौतिकी किंवा तत्सम इतर शास्त्रांच्या अभ्यासात, मांडला गेलेला कोणताही सिद्धांत हा प्रयोगाद्वारे जोपर्यंत सिद्ध करता येत नाही, तोपर्यंत तो कागदावरच रहातो. असेच काहीसे हिग्ज सिद्धांताच्या बाबतीतही झाले होते. हिग्ज बोसॉन हा सूक्ष्मकण हिग्ज उर्जा क्षेत्राकडून अणूच्या अंतर्गत असलेल्या सूक्ष्मकणांना फक्त वस्तूमान देण्याच्या कार्यात आदान-प्रदान होत असल्याने आणि या अत्यंत सूक्ष्मकाल असलेल्या आयुष्यानंतर दोन तेजोकणात त्याचे रुपांतर होऊन तो नष्ट होत असल्याने, त्याचे अस्तित्व भौतिकी मधील प्रयोगाद्वारे सिद्ध करणे हे जवळ जवळ अशक्यप्राय कार्य समजले जात होते. त्यामुळेच हिग्ज बोसॉन कणाला सर्वात लाजाळू कण असे म्हणता येते.

युरोपियन सेंटर फॉर न्युक्लियर रिसर्च (CERN )या संस्थेने 1970 मध्ये, 10 बिलियन डॉलर खर्च करून स्वित्झर्लंड-फ्रान्स सीमेजवळ, ” लार्ज हेड्रॉन कोलायडर” नावाचे एक महाकाय यंत्र बांधून त्याचे कार्य सुरू केले होते. हे यंत्र म्हणजे मूलतः एक अणू नष्ट करण्याची सुविधा आहे. यात अणू व अत्यंत उच्च उर्जा असलेले सूक्ष्म कण यांची टक्कर घडवून त्या वेळेस काय घडते याचा अभ्यास करता येतो. या सुविधांमुळे डार्क मॅटर, विश्वाची निर्मिती, महा स्फोट या सारख्या सैद्धांतिक घटनांसंबंधित प्रायोगिक संशोधन करणे शक्य झाले आहे.

4 जुलै 2013 या दिवशीच्या सकाळी या CERN संस्थेमध्ये आयोजित केलेल्या एका परिचर्चेत, या संस्थेत कार्य करणार्‍या संशोधकांनी प्रथम आपल्याला हिग्ज बोसॉन सूक्ष्मकण प्रयोगाद्वारे सापडला असल्याचे घोषित केले. जरी हे वृत्त शास्त्रज्ञ समुदायाला अपेक्षित होते तरीही ही घोषणा ऐकल्यानंतर तेथे उपस्थित असलेल्या शास्त्रज्ञांची मने भारावून गेली होती व उभे राहून व जोरदार टाळ्या वाजवून या घोषणेचे त्यांनी स्वागत केले होते.

काही आठवड्यांनंतर सेमिनार मधील याच क्षणाची चलचित्रे बघणार्‍या पीटर हिग्ग्ज यांनी आपल्या रुमालाने आपले आनंदाश्रू पुसले होते. ते याबाबत म्हणतात: ” मला आता रडू फुटेल की काय असे वाटत होते. सेमिनारला उपस्थित असलेल्या प्रेक्षकवर्गाने उत्स्फुर्तपणे दिलेली प्रतिसादाची लाट मला बधीर करून गेली. या क्षणापर्यंत मी माझ्या भावना काबूत ठेवण्यात यशस्वी झालो असलो तरी नंतर मात्र मी माझे अश्रू आवरू शकलो नाही. मी फक्त याच प्रकारे माझ्या भावना व्यक्त करू शकत होतो,”

पीटर हिग्ग्ज हे इतके भावनाविवश होण्याचे कारण CERN ने अखेरीस त्यांचा सिद्धांत प्रयोगाद्वारे अचूक असल्याचे सिद्ध केले होते हे नव्हते, तर त्यांच्या अवतीभोवती असलेल्या लोकांसाठी हा शोध किती महत्त्वाचा आहे हे त्यांनी जाणले होते.

ऑक्टोबर 2013 महिन्यामध्ये 84 वर्षाचे पीटर हिग्ज आणि बेल्जममधील फ्रॅन्कोइ एन्गलर्ट हे सैद्धांतिक शास्त्रज्ञ यांना या वर्षाचे भौतिकी मधील नोबेल पारितोषिक मिळून देण्यात येत असल्याची घोषणा करण्यात आली. हे पारितोषिक 8 मिलियन स्वीडिश क्रोनर एवढे असून या दोघांनी केलेल्या पथदर्शी संशोधनास जगमान्यता मिळाल्याचे हे प्रतीक आहे असे म्हणता येते. माध्यमांनी जेंव्हा या पारितोषिकांची बातमी जगभर पसरवली तेंव्हा प्रसिद्धीचा प्रकाश झोत आणि जगभरच्या वार्ताहरांचा मागे लागणारा ससेमिरा हे दोन्ही टाळण्यासाठी पीटर हिग्ज आपला मोबाइल फोन घरीच ठेवून सुट्टीवर अज्ञात ठिकाणी गायब झाले. अगदी रोजच्या आयुष्यात सुद्धा तसे बघायला गेले तर हिग्ज हे अतिशय लाजाळू आणि प्रसिद्धी विन्मुख आहेत. त्यांच्याकडे संगणक नाही साधा इ-मेल सुद्धा नाही. फोनवर कोण बोलते आहे हे कळल्यावरच ते फोनवर उत्तर देतात.

हिग्ज यांचे जवळचे सहकारी आणि एडिनबरो विद्यापीठातील हिग्ज सेंटर फॉर थिऑरॉटिकल फिजिक्स येथे संशोधन करणारे इतर भौतिकी शास्त्रज्ञ यांनी स्टॉकहोम मधे केली गेलेली नोबेल पारितोषिकांची घोषणा आंतरजालावरून बघितली व नंतर ही आनंद वार्ता साजरी करण्यासाठी ते एकत्र जमले होते तेंव्हा पीटर हिग्ज अर्थातच तेथे नव्हते. बर्‍याच नंतर, एडिनबरो विद्यापीठाने पीटर हिग्ज यांची म्हणून अधिकृत घोषणा जाहीर केली. या घोषणेनुसार आपल्याला हे पारितोषिक मिळाल्याचे कळल्याने आपण अतिशय भारावून गेलो असल्याचे सांगून हिग्ज म्हणतात की ” मुलभूत शास्त्रातील (fundamental science) कार्याला दिल्या गेलेल्या या पारितोषिकामुळे जेथे काही विशिष्ट हेतू मनात योजलेला नसतो किंवा कुतूहल वाटत असते अशा क्षेत्रातील (blue-sky research) संशोधनाच्या महत्त्वाबद्दल लोकांच्या मनात जागरुकता वाढू शकेल.”

केम्ब्रिज विद्यापीठात संशोधन करणारे Ben Allanach, हे सैद्धांतिक भौतिकी शास्त्रज्ञ म्हणतात: ” मला या शोधाच्या महत्त्वाबद्दल कोणतीही अतिशयोक्ती न करता असे सहजपणे सांगता येते की हिग्ज बोसॉन कणांमुळे अणूंच्या अंतर्गत असलेल्या सूक्ष्म कणांना वस्तूमान प्रदान केले जाते व कोणत्या पद्धतीने केले जाते हे विशद करणार्‍या या सिद्धांताचा अत्यंत मोठा परिणाम, सूक्ष्मकण भौतिकी शास्त्रावर गेल्या 50 वर्षांमध्ये झाला आहे. आमच्यापैकी अनेकांना हा सिद्धांत अचूक आहे असे मनोमन वाटत असले तरी प्रत्यक्ष प्रायोगिक निरिक्षण उपलब्ध नसल्याने आम्हाला ते मान्य करता येत नव्हते.”

या शास्त्रज्ञांचे म्हणणे पूर्णपणे पटण्यासारखे आहे. पीटर हिग्ज या अबोल आणि लाजाळू असलेल्या एका शास्त्रज्ञाने जगातील शास्त्रीय ज्ञानात घातलेली ही भर, विश्व या नावाने ओळखल्या जाणार्‍या एका विशाल कोड्याचे उत्तर थोड्या अंशांनी का होईना! मानवजातीला प्राप्त करून देण्याच्या दृष्टीने हातभार लावते आहे. परंतु हा शास्त्रज्ञ मात्र त्याने शोधून काढलेल्या देवकणांइतकाच किंबहुना त्यांच्याहून कणभर जास्त लाजाळू आहे हे मात्र नक्की.

28 ऑक्टोबर 2013