न्यूट्रिनोस ब्रह्मांड में दूसरा सबसे प्रचुर मात्रा में कण हैं, जो सितारों के कोर में बहुतायत में उत्पन्न होते हैं। क्योंकि वे बहुत सर्वव्यापी हैं, उनके गुण ब्रह्मांड की सूक्ष्म संरचना में एक खिड़की हैं।
उदाहरण के लिए, न्यूट्रिनो के बारे में एक खुला प्रश्न यह है कि क्या वे स्वयं के प्रतिकण हैं। यदि वे होते, तो भौतिकविदों के पास यह समझाने का एक तरीका होता कि ब्रह्मांड में एंटीमैटर से अधिक पदार्थ क्यों है।
लेकिन जापान में एक प्रयोग ने हाल ही में बताया कि यह “मजबूत सबूत” खोजने में विफल रहा कि यह मामला है, कुछ – लेकिन सभी नहीं – सिद्धांतों को खारिज करते हुए।
प्रतिकण क्या होते हैं?
प्रत्येक प्राथमिक कण में एक प्रतिकण होता है। यदि दोनों मिलते हैं, तो वे ऊर्जा की एक चमक में एक दूसरे को नष्ट कर देंगे।
इलेक्ट्रॉन का प्रतिकण पॉज़िट्रॉन है। इसी तरह, न्यूट्रिनो में एंटीन्यूट्रिनो होते हैं। हालाँकि, एक इलेक्ट्रॉन को एक पॉज़िट्रॉन से अलग किया जाता है क्योंकि उनके विपरीत चार्ज होते हैं। न तो न्यूट्रिनो और न ही एंटीन्यूट्रिनो में विद्युत आवेश होता है, और न ही कोई अन्य गुण वास्तव में उन्हें अलग करता है।
उप-परमाणु कणों को वर्गीकृत करने का एक तरीका पदार्थ कणों और बल-वाहक कणों के रूप में है। न्यूट्रिनो पदार्थ के कण हैं, या फर्मियन. Fermions को आगे Dirac fermions या majorana fermions के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। Dirac fermions के अपने स्वयं के प्रतिकण नहीं होते हैं, जबकि Majorana fermions के पास होते हैं।
जापानी आल्प्स में कैमोका लिक्विड सिंटिलेटर एंटीन्यूट्रिनो डिटेक्टर (कामलैंड) के साथ काम करने वाले भौतिकविदों ने हाल ही में बताया कि दो साल के डेटा का विश्लेषण करने के बाद, उन्हें कोई संकेत नहीं मिला कि न्यूट्रिनो मेजराना फ़र्मियन हैं।
आप मेजराना न्यूट्रिनो का पता कैसे लगाते हैं?
कामलैंड न्यूट्रिनोलेस डबल बीटा क्षय (0νββ के रूप में शैलीबद्ध) नामक एक घटना की पड़ताल करता है। एक विशिष्ट दोहरे बीटा क्षय में, एक परमाणु में दो न्यूट्रॉन दो इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो (एक प्रकार का एंटीन्यूट्रिनो) के उत्सर्जन द्वारा दो इलेक्ट्रॉनों और दो प्रोटॉन में परिवर्तित हो जाते हैं। 0νββ में, एंटीन्यूट्रिनो उत्सर्जित नहीं होते हैं, जो केवल तभी हो सकता है जब एंटीन्यूट्रिनो सिर्फ विभिन्न प्रकार के न्यूट्रिनो हों।
“0νββ खोज न्यूट्रिनो की मेजराना प्रकृति की जांच करने का एकमात्र व्यावहारिक प्रयोग है,” न्यूट्रिनो साइंस के तोहोकू विश्वविद्यालय के रिसर्च सेंटर के अतारू शिमिज़ु और कामलैंड टीम के एक सदस्य ने कहा। हिंदू एक ईमेल में
30 जनवरी को प्रकाशित एक नए विश्लेषण में शारीरिक परीक्षा पत्रडॉ. एटारो सहित एक टीम ने तरल के एक बड़े वैट में निलंबित जेनॉन-136 के आधे टन से अधिक में 0νββ के निशान पाए। क्सीनन-136 परमाणुओं के नाभिक दोहरे बीटा क्षय से गुजरने के लिए जाने जाते हैं।
कामलैंड डिटेक्टर का एक 3डी चित्रण। गोलीय कक्ष में एक द्रव होता है जिसे सिंटिलेटर कहते हैं। जब कण इसके माध्यम से गुजरते हैं तो यह प्रकाश की चमक का उत्सर्जन करता है। ओर्ब फोटोमल्टीप्लायर हैं जो आगे के विश्लेषण के लिए प्रकाश को बढ़ाते हैं। | फोटो क्रेडिट: kamland.stanford.edu
उन्होंने पाया कि यदि एक xenon-136 नाभिक 0νββ से होकर गुजरता है, तो यह हर 2.3 × 10 में अधिकतम एक बार होता है। 26 वर्ष यह हमारे ब्रह्मांड की आयु का एक वर्ग गुना है।
“0νββ क्षय मॉडल में, आधा जीवन प्रभावी न्यूट्रिनो द्रव्यमान से बंधा हुआ है,” डॉ। एटारो ने समझाया। इसका मतलब 2.3 × 10 है 26 वर्षों को “36-156 meV के प्रभावी न्यूट्रिनो द्रव्यमान” में परिवर्तित किया जा सकता है।
“इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान, अगला सबसे हल्का ज्ञात कण, 511 केवी है, इसलिए यह सीमा उससे लगभग 5,000-10,000 गुना हल्की है!” जेसन डेटोलर, कॉमलैंड टीम के एक अन्य सदस्य और विश्वविद्यालय में भौतिकी के एक सहयोगी प्रोफेसर। वाशिंगटन, सिएटल ने एक ईमेल में कहा।
हालांकि संभावित द्रव्यमान बहुत छोटा है, यह मायने रखता है क्योंकि बिग बैंग के दौरान, न्यूट्रिनो की उपस्थिति ने पूरे ब्रह्मांड में पदार्थ के वितरण को सुचारू कर दिया होगा, डॉ. डेटुलर ने कहा।
“इसी तरह, हाल के ब्रह्मांड में, न्यूट्रिनो [flying through space] ब्रह्मांड के विस्तार के कारण काफी धीमा हो गया है। वे जितने भारी होंगे, उतने ही धीमे होंगे, और यदि वे बहुत धीमे होंगे, तो वे आकाशगंगाओं को हमारे अवलोकन से कहीं अधिक बड़ी और भद्दी बना देंगी।”
परिणाम एक मील का पत्थर क्यों है?
अपनी खोज के साथ, कामलैंड ने एक अन्य विचार के साथ भी प्रयोग किया। न्यूट्रिनो तीन प्रकार में आते हैं। भौतिक विज्ञानी नहीं जानते कि उनका वजन कितना है या किस प्रकार का सबसे हल्का है। बाद वाले को न्यूट्रिनो द्रव्यमान वर्गीकरण कहा जाता है। स्वाद भौतिकी नामक अध्ययन के क्षेत्र में कुछ महत्वपूर्ण समस्याओं को हल करने के लिए हमें इसे जानने की आवश्यकता है।
एक परिकल्पना में, जिसे ‘इन्वर्टेड मास ऑर्डरिंग’ कहा जाता है, दो न्यूट्रिनो प्रकार तीसरे की तुलना में बहुत अधिक भारी होते हैं। इस विशेषता को शामिल करने वाले सिद्धांतों को प्रत्येक 10 में 0νββ होने की आवश्यकता होती है। 26-10 28 साल बदले में एक निश्चित द्रव्यमान सीमा का तात्पर्य करता है, जैसा कि डॉ. एटारो ने पहले वर्णित किया था।
इसलिए नया परिणाम उन सिद्धांतों को खारिज करता है जो 0νββ की अधिक लगातार घटना की भविष्यवाणी करते हैं साथ ही सिद्धांत जो ‘उलटा’ परिकल्पना का उपयोग करते हैं जो बहिष्करण सीमा के भीतर न्यूट्रिनो द्रव्यमान का तात्पर्य है। यह पहली बार है कि इस तरह के सिद्धांतों का प्रायोगिक परीक्षण किया गया है।
“हमारे प्रयोग में पता लगाने की क्षमता न्यूट्रिनो द्रव्यमान द्वारा सीमित है, और पहली बार पता लगाने की संवेदनशीलता तथाकथित ‘इन्वर्टेड न्यूट्रिनो मास ऑर्डरिंग रीजन’ तक पहुंचती है,” डॉ. एटारो ने कहा। “यह विश्वव्यापी 0νββ समुदाय के लिए एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर है और अगली पीढ़ी की खोजों को प्रेरित करता है।”
क्या कमललैंड जैसे अन्य अनुभव हैं?
डॉ. डेटुलर MAJORANA के सह-प्रवक्ता भी हैं, जो दक्षिण डकोटा में एक प्रयोग है जो जर्मेनियम-76 परमाणुओं में 0νββ की खोज करता है, “पूरी तरह से अलग लेकिन अत्यधिक पूरक प्रयोगात्मक तकनीकों” के साथ।
बेहतर 0νββ डेटा प्राप्त करने के दो तरीके हैं। कामलैंड बड़ी संख्या में परमाणुओं का उपयोग करता है जो 0νββ से गुजर सकते हैं, इस प्रकार किसी घटना को देखने की संभावना बढ़ जाती है। MAJORANA कम परमाणुओं के साथ काम करता है लेकिन इसकी पृष्ठभूमि बहुत छोटी है।
“पृष्ठभूमि उन प्रक्रियाओं को संदर्भित करती है जो 0νββ क्षय की नकल कर सकती हैं, इसलिए हमें उन्हें बहुत सावधानी से समझना और मापना होगा,” डॉ. डेटुलर ने कहा। “हम केवल 0νββ क्षय का निरीक्षण करने का दावा कर सकते हैं यदि हम नकली प्रक्रिया से अपेक्षा की तुलना में अधिक घटनाएं देखते हैं।”
मेजराना ने हाल ही में एक प्रदर्शन का समापन किया। आगे बढ़ते हुए, यह GERDA नामक एक अन्य प्रयोग के साथ मिलकर LEGEND का निर्माण करेगा, जो 0νββ के लिए जर्मेनियम-आधारित खोजों को अधिक संवेदनशीलता तक ले जाएगा।
