गुरुवार, २७ डिसेंबर, २०१२

कणाद ते कोलायडर: 'अणूपासून ब्रह्मांडाचा वेध'


हे सर्व किती विस्तृत? किती खोल? सर्व मिळून किती? आणि सर्वात सूक्ष्म काय? अणुपासून ब्रम्हांडाचा वेध हे मानवाचे ज्ञात विश्वातील वेगळेपण- युनिकनेस. इतिहासानुसार गेली सुमारे अडीच हजार वर्षे या प्रश्नाचे उत्तर शोधायचा प्रयत्न माणूस करत आहे. सुरुवातीचा काळ हा आपल्या मनातच या विश्वाचे मनोरे रचण्याचा आणि पदार्थाचे सूक्ष्म कणात विभाजन करण्याचा होता. मनातल्या संकल्पनांना प्रयोगांची जोड देण्याचा तो काळ नव्हता. पण तरीही त्या विचारांचे महत्व कमी होत नाही. कारण मनातल्या त्याच शक्याशक्यतांच्या बेसवर आजचे प्रयोगाधारित विज्ञान उभे आहे. कश्यपाने ईसवीसन पूर्व सहाव्या शतकात पदार्थ हा अतिसूक्ष्म कणांनी म्हणजे परमाणूने बनला असल्याचे सांगितले होते. त्याच्या या कणांच्या संकल्पनेवरून तो कणाद नावाने ओळखला जाऊ लागला. भारतातील या संकल्पनेचा पुढे पाश्चिमात्यांनाही परिचय झाला. कालांतराने पुढे आधुनिक विज्ञानाचा काळ सुरु झाल्यावर पुन्हा पदार्थाच्या आत डोकावण्यास सुरुवात झाली. या वेळी त्याला प्रयोगांची साथ मिळाल्याने मांडलेल्या संकल्पनेत किती तथ्य आहे हे तपासणे शक्य झाले. प्रयोगातून हाती आलेल्या तथ्यांवर मग पुन्हा नव्या संकल्पना.. पुन्हा प्रयोग.. या चक्रातून पदार्थ आणि विश्वाचे चित्र अधिक स्पष्ट होत गेले. पण अजूनही ते सर्वसमावेशक झालेले नाही.

अणू हा पदार्थाचा अविभाज्य सूक्ष्मतम कण असल्याची संकल्पना १८ व्या शतकाच्या शेवटी जॉन डाल्टनने प्रयोगाद्वारे मांडली. नंतर अणू हा सूक्ष्मतम कण नसून, त्याच्या आतही आणखी कण असल्याची शक्यता शास्त्रज्ञांना वाटू लागली. १८९७ मध्ये कॅथोड रेजच्या साह्याने जे. जे. थॉम्सनने अणूच्या आतील इलेक्ट्रॉन या निगेटिव्हली चार्ज्ड कणांचा शोध लावला. त्यानंतर काही काळातच त्याचा विद्यार्थी असणाऱ्या रुदरफोर्डने अणूच्या पॉझिटीव्हली चार्ज्ड केंद्राचा शोध लावला. पुढे रुदरफोर्डचा शिष्य असणाऱ्या नील्स बोरने अणू केंद्राभोवती इलेक्ट्रॉन कसे फिरतात हे दाखवून देताना अणूचे मॉडेल मांडले. त्यानंतर रुदरफोर्डने अणू केंद्राच्या आतील प्रोटॉन या पॉझिटीव्हली चार्ज्ड आणि चैड्विकने न्यूट्रोन या इलेकट्रीकली न्युट्रल कणांचा शोध लावून अणूचे स्वरूप अधिक स्पष्ट केले. आता आपल्याला सर्व काही कळले असे वाटत असतानाच या कणांच्या पेक्षाही सूक्ष्म असे अविभाज्य मूलकण अणूमध्ये अस्तित्वात असल्याची शक्यता बळावू लागली.
 विसाव्या शतकाच्या उत्तरार्धात गणिताद्वारे रोज नवनवे मूलकण वर्तवले जाऊ लागले त्यांना तितकीच नावेही दिली गेली. सोयीसाठी मग या नव्या कणांची वस्तुमानानुसार वर्गवारी करण्यात आली- लेप्टोन्स (कमी वजनाचे: यात इलेक्ट्रॉन, न्यूट्रीनो असे १२ मूलकण मोडतात जे अविभाज्य आहेत), मेसोन्स (मध्यम वजनाचे: यात पायोनसारखे १२० अतिसूक्ष्मकण मोडतात) आणि बेरीऑन्स (जास्त वजनाचे: यात प्रोटॉन आणि न्यूट्रोन कण मोडतात). पुढे १९६० च्या दशकात मरे जेल मँन याने प्रोटॉन आणि न्यूट्रोन हे कण अविभाज्य नसून ते त्याहीपेक्षा अतिसूक्ष्म- अविभाज्य अशा तीन प्रकारच्या क्वार्कने बनले असल्याचे सिद्ध केले. या क्वार्कवर आणखी संशोधन होऊन सहा मुलभूत प्रकारचे क्वार्क आणि त्यांचे पुन्हा वर्गीकरण केल्यावर ३६ प्रकारचे क्वार्क समोर आले. यातूनच त्याने अणूचे विस्तृत चित्र दाखवणारी 'स्टेण्डर्ड थिअरी' मांडली. मेसोन्स आणि बेरीऑन्स या दोन्ही प्रकारच्या कणांचे अविभाज्य अशा क्वार्कमध्ये विभाजन होते. मेसोन्स हे दोन क्वार्कने, तर बेरीऑन्स हे तीन क्वार्कने बनलेले असतात. लेप्टोन्स मात्र क्वार्कप्रमाणे अविभाज्य असतात. अणूच्या आत अविभाज्य असे एकूण ७२ प्रकारचे कण असल्याचे ही थिअरी सांगते.

इतिहासात घडलेल्या या पार्श्वभूमीवरून अणूच्या आत काय आहे हे समजते, पण का आणि नेमकी कसे आहे हे स्पष्ट होत नाही. या 'का आणि कसे' चे उत्तर शोधण्याचे काम सर्न येथील लार्ज हॅड्रोन कोलायडर (एलएचसी) करीत आहे. विश्व निर्मितीच्यावेळी उर्जेतून वस्तूमान (खरतर पदार्थ) कसे निर्माण झाले या मुलभूत प्रश्नाबरोबर मूलकणांचे नेमके स्वरूप कसे आहे हे या प्रयोगातून शोधण्यात येत आहे. दोन विरुद्ध प्रभार असणाऱ्या प्रोटॉनना २० किलोमीटर लांबीच्या बोगद्यातून (एक्सिलरेटर)  प्रचंड वेगाने (प्रकाशाच्या वेगाच्या सुमारे ८५ टक्के) एकमेकांच्या विरुद्ध दिशेने फिरवून त्यांची टक्कर घडवली जाते. या टक्करीतून प्रोटॉनचे विभाजन होऊन त्यातून त्याच्या आत दडलेले मूलकण सापडण्याची शक्यता असते. याच प्रक्रियेतून ज्याला 'देवकण' म्हटले गेले तो हिग्ज बोसॉन हा मूलकण सापडतो का यासाठी शास्त्रज्ञ धडपडत आहेत. 'स्टेण्डर्ड थिअरी'मध्ये अणूच्या आत 'हिग्ज मेकॅनिझम' नावाचे असे क्षेत्र आहे, ज्याच्या संपर्कात आल्यावर वस्तूमानरहीत कणांना वस्तूमान प्राप्त होते. याच क्षेत्रातून शून्य स्पिन असणारे * किंवा परिवलन नसणारे हिग्ज बोसॉन हे मूलकणही निर्माण होतात असे थिअरी सांगते. त्यामुळे हिग्ज बोसॉन कण सापडले तर 'हिग्ज मेकॅनिझम' या क्षेत्राविषयी आणि त्याच्या संपर्कात आल्यावर कणांना वस्तूमान कसे मिळते या कोड्याचा उलगडा होऊ शकतो असे शास्त्रज्ञांना वाटते. (* अणूच्या अंतरंगातील मूलकणांना विशिष्ट प्रकारचे परिवलन असते, या परिवलनावरून आणि त्यांच्या वस्तुमानावरून ते कोणते मूलकण आहेत हे समजू शकते. हे परिवलन (स्पिन) ०, १/२, १ आणि २ अशा स्वतःभोवतीच्या फेऱ्यांमधून होते)

पदार्थाचे कोडे उलगडण्यासाठी एलएचसीमधील शर्थीच्या प्रयत्नांमध्ये सहभागी असणाऱ्या डॉ. रोहिणी गोडबोले यांची मी नुकतीच मुलाखत घेतली. डॉ. गोडबोले यांची आंतरराष्ट्रीय स्तरावर कणभौतिकशास्त्रज्ञ म्हणून ख्याती आहे. आणि एलएचसीमधील प्रयोगातून समोर येणाऱ्या माहितीचे विश्लेषण करणाऱ्या शास्त्रज्ञांच्या गटात त्यांची मोलाची भूमिका राहिली आहे. त्यांच्याकडून मिळालेल्या माहितीतून या मूलकणांच्या शोधकार्याचे सध्याचे प्रतल मी अगदी जवळून निरखू शकलो. त्यांनी दिलेल्या माहितीनुसार ४ जुलै २०१२ रोजी जाहीर केल्या गेलेल्या मूलकणाचे शास्त्रज्ञांना अपेक्षित असणाऱ्या हिग्ज बोसॉनशी बरेच साधर्म्य आहे. निष्णात भौतिकशास्त्राज्ञाप्रमाणे (ज्या त्या आहेतच) अगदी सावध शब्द वापरून त्यांनी या नव्या मूलकणाविषयी जी माहिती दिली ती त्यांच्याच शब्दात सांगायची झाली तर, "आम्हाला एलएचसीमधील प्रयोगातून असा नवा मूलकण सापडला ज्याचा स्पिन ० आहे, आणि ज्याचे वस्तुमान प्रोटॉनच्या वस्तुमानाच्या १२५ ते १२७ व्या भागाएवढे आहे. या गोष्टी हिग्ज बोसॉनशी साधर्म्य दाखवतात. मात्र हा कण 'तोच' आहे की  नाही हे समजण्यासाठी आणखी संशोधनाची आवश्यकता आहे. लवकरच हे कोडे सुटेल." याचा अर्थ असाहि घेता येईल की, आपण आता मानवाला पडलेल्या एका मूलभूत प्रश्नाची उकल करण्याच्या अगदी जवळ येउन पोचलेलो आहोत. त्यात त्यांनी पुढे दिलेली माहिती तर अजून एक्सायटींग आहे. त्यांच्या म्हणण्यानुसार, "या मूलकणासोबत अणूमध्ये आणखीही काही मूलकण असण्याची शक्यता आहे. ते जर पुढे खरे ठरले, तर विश्वातील २४ टक्के वस्तूमान ज्या कृष्णपदार्थाने व्यापलेले आहे असे शास्त्रज्ञांना वाटते, त्याचेही कोडे सुटू शकेल." म्हणजे येत्या काही वर्षांत 'अणूपासून ब्रह्मांडाचे' ज्ञान मानवाला झालेले असेल.

कणादापासून कोलायडरपर्यंतच्या या शोधकार्यातील महत्वाच्या टप्प्याची माहिती प्रत्यक्ष त्यात सहभागी असणाऱ्या शास्त्रज्ञाकडून मिळवण्याचा आनंद शब्दात वर्णन करण्यासारखा नाही. माणसाला प्राचीन काळापासून पडलेल्या प्रश्नांचा वेध घेताना त्याला आतापर्यंत ज्ञात झालेल्या माहितीच्या विश्वातून आपण ज्यावेळी मुक्त संचार करू लागतो, तेव्हा त्या अफाट विश्वाच्या अद्भूत स्वरूपाकडे पाहून डोळे दीपतातच, पण या स्वरूपाची ओळख करून देणाऱ्या माणसांच्या प्रजातीत आपण जन्माला आलो याचा अभिमान जास्त वाटतो.      


                                                                                                                 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

आजूबाजूचे वातावरण तसे फारसे चांगले नाही. या वातावरणाचा दाह बहुतांपर्यंत पोचण्याआधी पत्रकारांना त्याला सामोरे जावे लागते. रोज रोज घडणाऱ्या अशा घटनांचे वार्तांकन करताना मग हळूहळू मन निगरगट्ट होते. चांगले वाईट लॉजिकली समजत असूनही त्या घटना मनावर म्हणावा तसा परिणाम करत नाहीत. पुन्हा नव्याने उद्भवणाऱ्या स्थितीला सामोरे जाण्यासाठी ते काही वेळा आवश्यकहि असते. अशाने वाईट घटनांचा मनावर परिणाम होत नाही मात्र निखळ आनंदालाही पारखे व्हावे लागते.

पत्रकारितेतला माझा विषय तसा वाईट अनुभव कमीच देतो. विज्ञान पत्रकारितेचा बराचसा भाग (पूर्णपणे नाही) हा पॉझिटीव्ह स्टोरीजने व्यापलेला असतो किंवा मी तरी त्यातल्या पॉझिटीव्ह भागाला प्राधान्य देतो. वर्तमानपत्रातल्या बहुतांश बातम्यांमुळे अवकाश फक्त अंधारानेच व्यापलेले आहे असा समज होऊ शकतो. पण मग अशा काही पॉझिटीव्ह स्टोरीजमुळे त्या अंधाऱ्या आकाशात चमकणारे तारेही आहेत याची जाणीव होते. अंधार आणि तारे हे दोन्ही सत्य. अंधाराची व्याप्ती समुद्राप्रमाणे असली, तरी त्यात इवल्याशा बेटांप्रमाणे भासणारे तारे मनाला नक्कीच आनंद देतात, आशादायी ठेवतात.