न्युट्रिनो र नोबेल पुरस्कार

नोबेल पुरस्कार विश्वका सबैभन्दा प्रतिष्ठित र व्यापक रूपमा चासोका साथ हेरिने सम्मानहरूमध्ये एक हो ।

यसको गरिमा यति उच्च छ कि ठूला देशका राष्ट्रप्रमुखहरूले समेत सार्वजनिक रूपमा नै यो पुरस्कार प्राप्त गर्ने अभिलाषा व्यक्त गरेका छन् ।

भौतिकशास्त्र र रसायनशास्त्रदेखि लिएर चिकित्साशास्त्र, साहित्य, शान्ति र अर्थशास्त्रजस्ता विभिन्न क्षेत्रमा प्रदान गरिने यो पुरस्कार मानवीय उपलब्धिका क्षेत्रमा प्राप्त हुने सर्वोच्च सम्मानहरूमध्ये एक मानिन्छ ।

भौतिकशास्त्रमा यस वर्ष (सन् २०२६) को नोबेल पुरस्कार अमेरिकाको विस्कन्सिन–म्याडिसन विश्वविद्यालयका फ्रान्सिस हाल्जेनलाई आइसक्युब न्युट्रिनो बेधशालामा पु-याएको निर्णायक योगदान तथा खगोलीय उत्पत्तिका उच्च–ऊर्जा न्युट्रिनोहरूको खोजका लागि प्रदान गरियो ।

मानवमा संज्ञानात्मक चेतनाको उदयसँगै ब्रह्माण्डलाई बुझ्ने जिज्ञासा पनि जन्मियो;

यी दुई मानव सभ्यताका लगभग उति नै पुराना यात्राहरू हुन् ।

भौतिकशास्त्र गणितीय विज्ञान बन्नु धेरै अघिदेखि नै मानिसहरू रातको आकाश हेर्थे र यस्ता प्रश्नहरू गर्थे जसको तत्काल कुनै व्यावहारिक प्रयोजन थिएन ।

जस्तैः ब्रह्माण्ड केबाट बनेको छ ?

हामीले देख्ने वस्तुहरूको भित्री तहमा के छ ?

के पदार्थको सबैभन्दा सानो आधारभूत तत्व हुन्छ ?

तर १६–१७औँ शताब्दीको वैज्ञानिक क्रान्तिका बेला यो एक व्यवस्थित विज्ञानका रूपमा विकसित भयो;

त्यस समयमा कोपर्निकस, ग्यालिलियो, केप्लर र न्युटनजस्ता चिन्तकहरूले प्रकृतिसम्बन्धी हाम्रो बुझाइमा आमूल परिवर्तन ल्याएका थिए ।

विराट् ब्रह्माण्डलाई बुझ्न हामीले सबैभन्दा सूक्ष्म कणबाट यात्रा सुरु गर्नुपर्छ ।

डाल्टनको परमाणु सिद्धान्त (१८०३–१८०८) ले परमाणुसम्बन्धी अवधारणालाई वैज्ञानिक रूप दियो ।

त्यसपछि परमाणुको संरचनाबारे थप रहस्यहरू खुल्न थाले

सन् १८९७ मा जे. जे. थम्सनले इलेक्ट्रोन पत्ता लगाए, सन् १९११ मा रदरफोर्डले परमाणुको केन्द्र (न्युक्लियस) पत्ता लगाए र सन् १९३२ मा जेम्स च्याडविकले न्युट्रोन पत्ता लगाए । 

तर प्रोटोन र न्युट्रोन पनि आधारभूत कणहरू थिएनन् ।

सन् १९६० को दशकमा गरिएका प्रयोगहरूले तिनका भित्री भागमा ‘क्वार्क’ को अस्तित्व रहेको कुरा उजागर गरे ।

यसैको आधारमा स्ट्यान्डर्ड मोडल ले १२ वटा पदार्थ फर्मिअनहरूका साथै अन्तरक्रियाका लागि जिम्मेवार बोसन कणहरू र हिग्स बोसनलाई आधारभूत मान्छ ।

यी आधारभूत कणहरूमध्ये न्यूट्रिनो पनि एक हो ।

यो मुख्यतः दुर्बल बल (विक फोर्स) मार्फत अन्य कणहरूसँग अन्तक्रिया गर्छ ।

यसको अस्तित्वको प्रस्ताव सन् १९३० मा वोल्फगाङ पाउलीले गरेका थिए र सन् १९५६ मा कोवान र राइन्सले यसको प्रयोगात्मक पुष्टि गरेका थिए ।

न्युट्रिनोको खोजसँग जोडिएको यो कथा पनि निकै रोचक छ ।

फ्रेडरिक राइन्सले सन् १९९५ मा न्युट्रिनोको प्रयोगात्मक पहिचानका लागि भौतिकशास्त्रतर्फको नोबेल पुरस्कार पाए ।

उनका सहकर्मी क्लाइड एल कोवान जुनियरको सन् १९७४ मै निधन भइसकेकाले उनले पुरस्कार पाउन सकेनन्,

किनकि नोबेल पुरस्कार मरणोपरान्त प्रदान गरिँदैन ।
त्यसैगरी, वोल्फगाङ पाउलीले सन् १९४५ मा भौतिकशास्त्रतर्फको नोबेल पुरस्कार पाए,

तर न्युट्रिनोको प्रस्तावका लागि होइन, पाउली एक्सक्लुजन सिद्धान्तका लागि  ।

न्यूट्रिनो ओसिल्लेसनको खोजका लागि ताकाकी काजिताले सन् २०१५ को भौतिकशास्त्रतर्फको नोबेल पुरस्कार पाउनुभएको थियो ।

न्यूट्रिनो ओसिल्लेसनको यो खोजले न्यूट्रिनोको पिण्ड हुन्छ भन्ने प्रमाण प्रदान गर्यो ।

गत वर्ष त्रिभुवन विश्वविद्यालयको दीक्षान्त समारोहका क्रममा प्रा. काजिता नेपाल र त्रिभुवन विश्वविद्यालयको केन्द्रीय भौतिकशास्त्र विभागमा आउनुभएको बेला उहाँबाट यस बारेमा प्रत्यक्ष सुन्न पाउने अवसर मिलेको थियो ।

न्यूट्रिनो विद्युतीय रूपमा चार्जलेस्, स्पिन १÷२ भएको र अत्यन्तै हलुका कण हो ।

यसको पिण्डको सही अन्दाज गर्न न्यूट्रिनो लाई हामीले विज्ञान विषयमा पढेको इलेक्ट्रोन सँग तुलना गरौं ।

एउटा इलेक्ट्रोनको पिण्ड लगभग शून्य दशमलव २७ ओटा शून्य, ९११ ग्राम ( ०.०००००००००००००००००००००००००००९११ नं) हुन्छ । न्युट्रिनो इलेक्ट्रोनभन्दा कम्तीमा पनि लाखौं गुणा हलुका हुन्छ,

तर महत्त्वपूर्ण कुरा के हो भने, यसको पिण्ड शून्य भने हुँदैन ।

यद्यपि, न्युट्रिनोको पिण्ड अत्यन्तै कम हुनु नै यसलाई पत्ता लगाउन गाह्रो हुनुको कारण होइन ।

मैले यसको पिण्डको कुरा एउटा अझ उल्लेखनीय तथ्यमा जोड दिनका लागि गरेको हुँः पिण्ड भएका अर्बौं न्युट्रिनोहरू हरेक सेकेन्ड हाम्रो शरीर भएर पार हुन्छन् तर हामीले तिनको कुनै अनुभूति गर्दैनौँ ।

त्यसो भए, पदार्थसँग अत्यन्तै कम अन्तक्र्रिया गर्ने यस्तो कणलाई पत्ता लगाउन हामी किन यति धेरै प्रयास गर्छौँ ?
किनभने न्यूट्रिनोको यही दुर्बल अन्तक्र्रिया नै यसको सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण विशेषता हो ।

न्यूट्रिनोमा कुनै विद्युतीय चार्ज हुँदैन, त्यसैले यसले इलेक्ट्रोनले जस्तै विद्युत चुम्बकीय रूपमा अन्तक्रिया गर्दैन ।

यसले बलियो आणविक अन्तक्रियामा पनि भाग लिँदैन ।

यसले मुख्यतया कमजोर आणविक बलमार्फत अन्तक्र्रिया गर्छ, जुन सामान्य ऊर्जामा अत्यन्त कमजोर हुन्छ ।

त्यसैले न्यूट्रिनोलाई पत्ता लगाउन धेरै गाह्रो छ ।  
प्रकाश र अन्य कणहरू बाहिर निस्कन नसक्ने अत्यन्तै घना वातावरणबाट पनि न्यूट्रिनो सहजै बाहिर निस्कन सक्छन् ।

त्यसैले तिनले सूर्यको आन्तरिक भाग, विस्फोट भइरहेका ताराहरू तथा ब्रह्माण्डका केही अत्यन्त चरम घटनाहरूका बारेमा प्रत्यक्ष जानकारी हामीसम्म ल्याउन सक्छन् ।

तर यसले एउटा मज्जाको प्रश्न उठाउँछः हामी कसरी त्यस्तो चीज पत्ता लगाउन सक्छौं जुन लगभग कहिल्यै पदार्थसँग अन्तक्रिया गर्दैन ?

पिण्ड भएको कुनै पनि वस्तु  भ्याक्युममा प्रकाशको गति (अ) भन्दा छिटो यात्रा गर्न सक्दैन । तर पानी वा बरफजस्ता माध्यममा प्रकाशको गति भ्याक्युममा प्रकाशको गतिको करिब ७५ प्रतिशत मात्र हुन्छ ।

म्युओनजस्तो चार्ज भएको कण कुनै माध्यमभित्र प्रकाशभन्दा छिटो चल्यो भने, त्यसबाट एउटा विशेष प्रकारको विद्युत्चुम्बकीय विकिरण निस्कन्छ,

जसलाई चेरेन्कोभ विकिरण  भनिन्छ । यो विकिरण निलो र अल्ट्रा–भोइलेट क्षेत्रमा बढी तीव्र हुने भएकाले यसको विशेष निलो चमक देखिन्छ ।

यो प्रक्रिया वा घटना पावेल चेरेन्कोभले पत्ता लगाएका थिए र इल्या फ्याङ्क र इगोर ट्यामले व्याख्या गरेका थिए ।

ती तीन जनाले १९५८ मा भौतिकशास्त्रमा नोबेल पुरस्कार पाएका थिए ।
 चेरेन्कोभ विकिरण (स्रोतः विकिपिडिया)

 त्यस पछि, भौतिकशास्त्रीहरूले महसुस गरे कि पानी वा बरफको विशाल मात्रा अप्रत्यक्ष रूपमा न्यूट्रिनो पत्ता लगाउन प्रयोग गर्न सकिन्छ ।

विचार सरल थियोः न्यूट्रिनोले पदार्थसँग ठोक्किँदा चार्ज भएको कण बनाउँछ ।

त्यो कणले माध्यममा निलो देखिने चेरेन्कोभ विकिरण निकाल्छ, जसलाई डिटेक्टरले सजिलै पत्ता लगाउँछ ।

फ्रान्सिस हल्जेनले यो विचारलाई असाधारण स्तरमा पु-याए ।

पानीको विशाल ट्याङ्की निर्माण गर्नुको सट्टा, प्राकृतिक रूपमा हुने अन्टार्कटिक बरफ किन प्रयोग नगर्ने ?

परिणामस्वरूप पृथ्वीको दक्षिण ध्रुवमा रहेको आइसक्यूब न्युट्रिनो अब्जरभेटरी (बेधशाला) बन्यो ।

यो एउटा न्यूट्रिनो डिटेक्टर हो जसले लगभग एक घन किलोमिटर अन्टार्कटिक बरफ ओगटेको छ ।

८६ तारहरूमा व्यवस्थित गरिएका लगभग ५,१६० अप्टिकल सेन्सरहरू सतह मुनि लगभग १.४५ देखि २.४५ किलोमिटर गाडिएका छन् ।

आयतनः करिब १ घन किलोमिटर  ।

अप्टिकल सेन्सरहरूले चेरेन्कोभ फोटनहरू कहिले र कहाँ आइपुग्छन् भनेर रेकर्ड गर्छन् ।

यस ढाँचाका आधारमा भौतिकशास्त्रीहरूले अन्तरक्रियाबाट उत्पन्न भएको कणको मार्ग र ऊर्जा पत्ता लगाउँछन् ।

त्यसपछि त्यसैलाई आधार बनाएर उल्टो हिसाब गर्दै सुरुमा आएको न्युट्रिनोको ऊर्जा र दिशा अनुमान गर्छन् । 

सन् २०१७ मा आइसक्युबले असाध्यै ऊर्जावान् एउटा न्युट्रिनो पत्ता लगायो र त्यो न्युट्रिनो आकाशको कुन सानो क्षेत्रबाट आएको हो भन्ने पनि पत्ता लगायो ।

आइसक्युबले तुरुन्तै अन्य टेलिस्कोपहरूलाई त्यसबारे जानकारी दियो ।

ती टेलिस्कोपहरूले त्यही दिशातर्फ हेर्दा, त्यहाँ निकै टाढा रहेको एउटा सक्रिय आकाशगंगा भेटियो ।

त्यो ब्लाजार थियो (ब्लाजार भनेको अत्यन्त शक्तिशाली सक्रिय आकाशगंगा हो, जसको केन्द्रमा रहेको अति विशाल ब्ल्याक होलले पदार्थलाई आफूभित्र तान्दा ठूलो मात्रामा ऊर्जा निस्कन्छ)  ।

त्यही समयमा उक्त ब्लाजारबाट शक्तिशाली गामा–किरणको विस्फोट भइरहेको थियो ।

पछि आइसक्युबले आफ्ना पुराना तथ्याङ्कहरू पनि पुनः अध्ययन गर्दा, त्यही दिशाबाट पहिले पनि अपेक्षाभन्दा बढी न्युट्रिनो आएको प्रमाण भेटियो ।

यो किन महत्वपूर्ण थियो ?

किनभने यसले अन्टार्कटिकाको बरफको गहिराइमा पत्ता लगाइएको एउटा न्युट्रिनोलाई अरबौँ प्रकाशवर्ष टाढा भइरहेको एउटा खगोलीय घटनासँग जोड्न सम्भव बनायो ।

यस अर्थमा, आइसक्युबले यस्तो दूरबिन हो, जसले प्रकाशमार्फत होइन, न्युट्रिनोमार्फत ब्रह्माण्डलाई हेर्छ ।

आइसक्युव २०११ मा पूर्ण रूपमा सञ्चालनमा आएको भएता पनि यस्ता अत्यन्त दुर्लभ उच्च–ऊर्जा न्यूट्रिनो पर्याप्त संख्यामा संकलन गरी तिनको खगोलीय उत्पत्ति प्रमाणित गर्न वर्षौँको डेटा र विश्लेषण आवश्यक पर्छ । 

ह्याल्जेनको सन् २०२६ को नोबेल पुरस्कारले न्युट्रिनोले हामीलाई के बताउन सक्छ भन्ने कुरा स्थापित गर्यो ।

आइसक्युबले खगोलीय स्रोतबाट उत्पन्न उच्च–ऊर्जा न्युट्रिनोहरू पहिचान गर्दै, न्युट्रिनोलाई ब्रह्माण्डका घटनाबारे जानकारी बोकेर आउने नयाँ सन्देशवाहकका रूपमा स्थापित गर्यो । 

यससँग जोडिएको एउटा रोचक ऐतिहासिक तथ्य पनि छ ।

ह्याल्जेन सन् १९९२ मा जर्ज शार्पाकपछि भौतिकशास्त्रतर्फको नोबेल पुरस्कार एक्लै प्राप्त गर्ने पहिलो वैज्ञानिक हुन् ।

शार्पाकलाई बहु–तारयुक्त प्रोपोर्शनल चेम्बरको विकासका लागि सम्मान गरिएको थियो ।

यी दुई वैज्ञानिकबीचको समानता निकै अर्थपूर्ण देखिन्छ ।

शार्पाकले कणहरू पत्ता लगाउने प्रविधिमा नयाँ आयाम थपे भने ह्याल्जेनले दक्षिण ध्रुवमा रहेको एक घन किलोमिटर अन्टार्कटिक बरफलाई नै एउटा न्युट्रिनो दूरबिनमा रूपान्तरण गर्ने परिकल्पनालाई वास्तविकतामा बदले ।

नोबेल पुरस्कारले त्यसलाई सम्भव बनाउन आइसक्युब को परिकल्पना, निर्माण र नेतृत्वमा ह्याल्जेनले खेलेको निर्णायक भूमिकालाई विशेष रूपमा सम्मान गरेको छ  ।

(विवेक आचार्य भाैतिकशास्त्री हुन् ।  )