അദൃശ്യ ദ്രവ്യകണികയെ തേടി

നാം കാണുന്ന പൂക്കളും ചെടികളും മൃഗങ്ങളും മണ്ണും വെള്ളവും മേഘങ്ങളും വായുവും നമ്മെത്തന്നെയും സൂക്ഷ്മമായി പരിശോധിച്ചാൽ പ്രോട്ടോണുകളും ന്യൂട്രോണുകളും ഇലക്‌ട്രോണുകളും ചേർത്തുണ്ടാക്കിയ ആറ്റമുകളാൽ ഉണ്ടാക്കപ്പെട്ടിട്ടുള്ളതാണ് എന്നു കാണാം. ആകാശത്തേക്ക് നോക്കിയാല്‍ കാണപ്പെടുന്ന കോടിക്കണക്കിന് ഗ്യാലക്സികളും നക്ഷത്രക്കൂട്ടങ്ങളും അങ്ങിനെതന്നെ. ജ്യോതിശാസ്ത്ര നിരീക്ഷണങ്ങൾ നമ്മോട് പറയുന്നത് നാം കാണുന്ന ഈ ദ്രവ്യം - ദൃശ്യദ്രവ്യം - പ്രപഞ്ചത്തിലുള്ള ആകെ ദ്രവ്യോർജങ്ങളുടെ 5 ശതമാനം മാത്രമേ ഉള്ളൂ എന്നാണ്. (ഐൻസ്റ്റീന്റെ ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തപ്രകാരം  ദ്രവ്യവും ഊർജവും അന്യോന്യം മാറ്റാവുതാണല്ലോ.) ശേഷം 24% അദൃശ്യദ്രവ്യവും 71% അദൃശ്യോർജവും കൂടി ഉണ്ട് എന്ന്‍ കല്പിച്ചാൽ മാത്രമേ പല ജ്യോതിശാസ്ത്ര പ്രതിഭാസങ്ങളും വിശദീകരിക്കുവാൻ നമുക്ക് സാധിക്കുന്നുള്ളൂ. ഇങ്ങിനെ, നമ്മുടെ ക്ഷീരപഥം അടക്കമുള്ള ഗ്യാലക്സികളും ഗ്യാലക്സിക്കൂട്ടങ്ങളും തങ്ങളുടെ പത്തിരട്ടിയെങ്കിലും വലിപ്പത്തിൽ വ്യാപിച്ചുകിടക്കുന്ന അദൃശ്യദ്രവ്യസമാഹൃതങ്ങളുടെ കേന്ദ്രഭാഗങ്ങളിൽ ഊറിക്കൂടിയിട്ടുള്ള ദൃശ്യദ്രവ്യശകലങ്ങൾ മാത്രമായി ചിന്തിക്കേണ്ടിവരുന്നു.

 

റേഡിയോ ആക്ടീവത, പ്രപഞ്ചത്തിലെമ്പാടും പാഞ്ഞു നടക്കുന്നവയും അങ്ങിനെ ഭൂമിയിലും വന്നുപതിക്കുകയും ചെയ്യുന്ന കോസ്മിക് രശ്മികൾ, ആണവ റിയാക്ടറുകളിൽ നിന്നുള്ള പ്രസരണങ്ങൾ, ഉയർന്ന വേഗതയിൽ പായുന്ന പ്രോട്ടോണുകൾ മുതലായവയെ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന ഉയർന്ന പിണ്ഡമുള്ള കണങ്ങൾ ആദിയായവയെ പഠിക്കുക വഴി, ദൃശ്യദ്രവ്യം, അടിസ്ഥാനപരമായി 12 ഫെർമിയോ കണികകളാലും - 6 ക്വാർക്കുകളും 6 ലെപ്‌ട്രോണുകളും - അവയുടെ പ്രതികണികകളാലും (Anti-Particles) ആണ് ഉണ്ടാക്കിയിട്ടുള്ളള്ളതെന്നും ഇവയുടെ കൂടിച്ചേരലുകളും വിഘടനങ്ങളും തങ്ങളിൽ ഉള്ള ആകർഷണവികർഷണങ്ങളും 12 ഇനം ബോസോണുകളുടെ കൈമാറ്റത്താലാണെന്നും ഇവയിൽ ചിലവയ്ക്ക് പിണ്ഡം നൽകുന്നത് ഹിഗ്‌സ് ബോസോണ്‍ എന്ന കണികയാണെന്നും ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിലെ സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡൽ സിദ്ധാന്തിക്കുന്നു.

 

ഇങ്ങിനെ കാണായ് വന്നതിനെയെല്ലാം സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡൽ എണ്ണിപ്പെറുക്കി നിരത്തുന്നുണ്ടെങ്കിലും അദൃശ്യദ്രവ്യകണികയായി കരുതാവുന്ന ഒന്നും അക്കൂട്ടത്തിലില്ല. ഈ പശ്ചാത്തലത്തിലാണ് അദൃശ്യകണികയെ സൈദ്ധാന്തികമായി നിരൂപിച്ചെടുക്കുവാനോ കെണി വെച്ച് അത് കടന്നുപോയ ലാഞ്ചനയെങ്കിലും പിടിച്ചെടുക്കുവാനോ ശാസ്ത്രജ്ഞർ യത്നിക്കുന്നത്.

 

രാത്രിയിൽ ഒന്നോ രണ്ടോ മണിക്കൂർ വടക്കോട്ട് നോക്കിയാൽ നക്ഷത്രമണ്ഡലം ധ്രുവനക്ഷത്രത്തിനു ചുറ്റും കറങ്ങുകയാണെന്ന്‍ മനസ്സിലാകും. ഇത് ഭൂമി ധ്രുവനക്ഷത്രത്തിൽ കൂടി കടന്നുപോകുന്ന ഒരു സാങ്കല്പിക അച്ചുതണ്ടിനുചുറ്റും കറങ്ങുന്നതുകൊണ്ടാണ് എന്നു ലളിതമായി മനസ്സിലാക്കാം. കറങ്ങിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന ഭൂമിയുടെ ഉപരിതലത്തിലുള്ള സാധനങ്ങളും നമ്മളും തെറിച്ചുപോകാതെ പിടിച്ചുനിറുത്തുന്ന ഗുരുത്വാകർഷണബലത്തിന്റെ നിയമങ്ങൾ, ന്യൂട്ടണ്‍, പതിനേഴാം നൂറ്റാണ്ടിൽ വ്യക്തമാക്കി.

 

1933ൽ ഫ്രിറ്റ്‌സ് സ്വിക്കി, കോമാ ഗ്യാലക്സിക്കൂട്ടത്തിലെ ഏതാനും ഗ്യാലക്സികളുടെ വേഗത പരിശോധിച്ചതിൽ നിന്ന്‍, ഗ്യാലക്‌സിക്കൂട്ടത്തിലെ ദൃശ്യപിണ്ഡത്തിന്റെ ഗുരുത്വാകർഷണത്തിനും പിടിച്ചു നിറുത്താവുന്നതിലും അധികമായ വേഗതയായതിനാൽ ഉണ്ടായിരിക്കണം എന്നു അനുമാനിച്ചതാണ് അദൃശ്യദ്രവ്യം (Dark Matter). 1970-കളിൽ വീരാ റൂബിൻ എന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞ, സ്പൈറൽ ഗ്യാലക്സികൾ കറങ്ങുന്നത് അവയിലെ ദൃശ്യപിണ്ഡത്തിന് സ്വഗുരുത്വം കൊണ്ട് പിടിച്ചുനിറുത്തുവാൻ കഴിയുന്നതിലും അധികം വേഗതയിലാണെന്ന്‍ കണ്ടെത്തുക വഴി അദൃശ്യദ്രവ്യസാന്നിദ്ധ്യം ഉറപ്പിച്ചു. ഗുരുത്വാകർഷണ നിയമത്തിൽ തക്കതായ വ്യതിയാനം വരുത്തി ഈ പ്രതിഭാസങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കുവാനുള്ള ശ്രമമുണ്ടെങ്കിലും തൃപ്തികരമായിട്ടില്ല.

 

പ്രചഞ്ചത്തിലെമ്പാടും പരന്നുകിടക്കുന്നതായ പ്രകാശത്തിന് പ്രപഞ്ച പശ്ചാത്തല മൈക്രോവേവ് തരംഗങ്ങൾ (Cosmic Microwave Background Radiation) എല്ലായിടത്തും ഒരു ഡിഗ്രി കെൽവിന്റെ ലക്ഷത്തിലൊരംശം ഭാഗം വരേക്കും സമമായ താപനിലയും അതിനാൽ ഈ പ്രകാശകണങ്ങൾക്ക് സമമായ സാന്ദ്രതയും ദർശിക്കെ, ദൃശ്യദ്രവ്യം പാലു പിരിഞ്ഞതുപോലെ അവിടവിടെ കട്ടകൂടി, ഗ്യാലക്സികളും ഗ്യാലക്സിക്കൂട്ടങ്ങളുമായി നിൽക്കുന്ന രീതി, ബാരിയോണ്‍ അക്കൂസ്റ്റിക് ഓസിലേഷൻസ് (Baryon Acoustic Oscillations) തുടങ്ങി പല കാര്യങ്ങളും വിശദീകരിക്കുവാൻ ജ്യോതിശാസ്ത്രം അദൃശ്യദ്രവ്യത്തിന്റെ സന്നിദ്ധ്യം തേടുന്നു.

 

പക്ഷേ, അടിസ്ഥാനപരമായി എന്താണീ അദൃശ്യദ്രവ്യം? ദൂരദർശിനികളുപയോഗിച്ച് കാണുന്ന കാര്യങ്ങൾ വെച്ച് ഇന്നിന്ന ഗുണങ്ങളുള്ള കണികയായാൽ ഓരോ കാര്യത്തിനും ഉതകുമോ ഇല്ലയോ എന്നു പറയുവാനേ സാധിക്കൂ. കണികയുടെ ഗുണഗണങ്ങൾ കൃത്യമായി അറിയണമെങ്കിൽ ഭൂമിയിൽ കെണിവെച്ച് പിടിച്ചു പരിശോധിച്ചാലേ സാധിക്കുകയുള്ളൂ. ചത്തത് കീചകനെങ്കിൽ കൊന്നത് ഭീമൻ തന്നെ എന്ന ന്യായമാണ് കണികാ ഡിറ്റക്ടറുകളിൽ പ്രയോഗിക്കുന്നത്. ഇന്ന കാര്യം സംഭവിച്ചതായി കാണുന്നുങ്കിൽ ഇന്നിന്ന ഗുണങ്ങളുള്ള കണികയായിരിക്കണം അത് സംഭവിപ്പിച്ചത് എന്ന്‍ അനുമാനിക്കുന്നു.

 

ഗുരുത്വാകർഷണത്താലല്ലാതെ പ്രകടമായി മറ്റൊരു വിധത്തിലും ദൃശ്യദ്രവ്യവുമായി ഇടപെടുന്നത് കാണാത്തതിനാൽ അദൃശ്യദ്രവ്യകണികയ്ക്ക് വൈദ്യുത ചാർജ് ഇല്ല  എന്നും അതീവ ദുർബലമായിരിക്കണം ഇതിന്റെ ഇടപെടലുകൾ എന്നും സിദ്ധിക്കുന്നു. ഒരു വിംപിനെ (Weakly Interacting Massive Particle, WIMP) ആണ് നാം പ്രതീക്ഷിക്കുന്നത്. സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡലിനുമപ്പുറം അത്യവ്യതിയാനതാ സിദ്ധാന്തം (Super Symmetry Theory) ചൂണ്ടിക്കാട്ടുന്ന ന്യൂട്രാലിനോ (Neutralino) എന്ന കണികയാണ് പരിഗണിക്കപ്പെടുന്നവരിൽ മുൻപിൽ. പ്രോട്ടോണിനുള്ളതിലും നൂറോ ആയിരമോ മടങ്ങ് പിണ്ഡം ഇതിനു പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. ഇങ്ങിനെ നമ്മുടെ ഗ്യാലക്സിയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ന്യൂട്രാലിനോകൾ സെക്കൻഡിൽ ബില്യണ്‍ കണക്കിന് നാമറിയാതെ നമ്മിൽ കൂടി കടന്നുപോകുന്നു എന്നു വരും.

 

സൗരയൂഥം, ക്ഷീരപഥഗ്യാലക്സിയുടെ കേന്ദ്രത്തിനു ചുറ്റും 240 km/s വേഗതയിൽ ചുറ്റിസഞ്ചരിക്കുന്നതിനാൽ ന്യൂട്രാലിനോകളുടെ ഒരു പ്രവാഹത്തിൽ കൂടി നാം കടന്നുപോകുന്നതുപോലെയാണ്. കൂടാതെ ഭൂമി സൂര്യനെ ചുറ്റുന്നതിനാൽ ഒഴുക്കിനെതിരെ തുടങ്ങി, ഒഴുക്കിനൊപ്പിച്ചു വരെയും മറിച്ചും ആയി, ആറുമാസം ഇടയിട്ട് മാറിമാറി വരികയും ചെയ്യും എന്നു പ്രതീക്ഷിക്കാം. ഒഴുക്കിനെതിരെ ആയിരിക്കുമ്പോൾ പ്രതിനിമിഷം നമ്മെ  കടന്നുപോകുന്ന കണികകളുടെ എണ്ണം കൂടിയും മറിച്ചായാൽ കുറഞ്ഞും അനുഭവപ്പെടണം. ബസ്സിൽ യാത്ര ചെയ്യുമ്പോൾ മറ്റൊരു ബസ്സ് കടന്നുപോകുന്നതിനെപ്പറ്റി ചിന്തിച്ചാൽ ഇത് വ്യക്തമാകും. അധികരിച്ച തോതിൽ കടന്നുപോകുമ്പോൾ ഡിറ്റക്ടർ വർധിച്ച തോതിലും മറിച്ചും രേഖപ്പെടുത്തും. വർഷാവർഷം പ്രതീക്ഷിക്കുന്ന ഈ ഏറ്റക്കുറച്ചിലാണ് മറ്റേതെങ്കിലും സ്രോതസ്സിൽ നിന്നു മറ്റെതെങ്കിലും കണികയുടെ സംജ്ഞകത്തിൽ നിന്നും നമ്മുടെ കണികയുടെ സംജ്ഞകത്തെ വ്യതിരിക്തമാക്കുന്നത്.

 

കോസ്മിക് രശ്മികൾ മൂലം ഭൗമാന്തരീക്ഷത്തിലും ഭൗമോപരിതലത്തിലും ധാരാളം കണികാവർഷങ്ങൾ തന്നെ സംഭവിക്കുന്നുണ്ട്. ഇവയിൽ നിന്നൊക്കെ മറച്ച് കിലോമീറ്റർ കണക്കിന് കട്ടിയുള്ള പാറമറയ്ക്കുള്ളിൽ ഖനികളുടെ ആഴങ്ങളിലും മറ്റും ആണ് ഡിറ്റക്ടർ സജ്ജീകരിച്ചിരിക്കുന്നത്. ഇത്തരം 10-30 പരീക്ഷണങ്ങൾ ലോകത്ത് നടക്കുന്നുണ്ട്. DAMA, LIBRA, CoGeNT, CRESST, CDMS തുടങ്ങി നിരവധി.

 

കാനഡയിലെ സഡ്ബറി ന്യൂട്രീനോ ഒബ്‌സർവേറ്ററിയുടെ ഭൂഗർഭ ലബോറട്ടറിയിലാണ് പിക്കാസോ (Picasso) എന്നു നാമകരണം ചെയ്തിട്ടുള്ള പരീക്ഷണം സജ്ജീകരിച്ചിരിക്കുന്നത്. ഒരു പോളിമറിൽ സന്നിവേശിപ്പിച്ച രീതിയിൽ ക്വഥനാങ്കത്തിനും മേലെയുള്ള താപനിലയിൽ ആവിയാകാതെ നിറുത്തിയിരിക്കുന്ന തുലോം ശുദ്ധമായ ഒരു ഫ്‌ളൂറോകാർബണ്‍ ദ്രാവകത്തിന്റെ 0.1 മി.മീ. സൈസിലുള്ള ആയിരക്കണക്കിന് തുള്ളികളാണ് പ്രവർത്തനവസ്തു. ന്യൂട്രാലിനോ ദ്രാവകത്തിലെ ഏതെങ്കിലും ന്യൂക്ലിയസ്സിനെ തട്ടി അത് തെറിച്ചാൽ കൈമാറുന്ന ഊർജം ഉണ്ടാക്കുന്ന ഉലച്ചിൽ മൂലം ദ്രാവകത്തുള്ളി ഒരു പൊട്ടിത്തെറിയോടെ വികസിച്ച് വാതകമാകുന്നു. ഇതുണ്ടാക്കുന്ന നേർത്ത ശബ്ദവീചികൾ പീസോ ഇലക്ട്രിക് സെൻസറുകൾ ഉപയോഗിച്ച് പിടിച്ചെടുക്കാം. സൂപ്പർ ഹീറ്റഡ് ഡ്രോപ്‌ലറ്റ് ഡിറ്റക്ടർ എന്ന്‍ ഇതിനെ വിളിക്കുന്നു.

 

ഇറ്റലിയിലെ ഗ്രാൻസാസ്സോയിൽ ദ്രവ ക്സീനണ്‍ ഉപയോഗിച്ച് നടത്തുന്ന പരീക്ഷണത്തിൽ വിംപ് തട്ടി തെറിക്കുന്ന ക്സീനണ്‍ ന്യൂക്ലിയസ്സുകളുടെ ഊർജം പ്രകാശമായും ന്യൂക്ലിയസ്സിന്റെ പാതയിൽ അയണീകരണമായും പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്നതാണ് പിടിച്ചെടുക്കുന്നത്. ഇക്കഴിഞ്ഞ ഏപ്രിൽ മാസത്തിൽ യു.എസ്സിലെ സൂഡാൻ ഖനിയിൽ സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്ന സി.ഡി.എം.എസ്സി (40 മില്ലി കെൽവിൽ അഥവാ -229.15 ഡിഗ്രി സെല്‍ഷ്യസ് താപനിലയിലാണ് ഇത് സജ്ജീകരിച്ചിരിക്കുത്!)ന്റെ ശാസ്ത്രജ്ഞസംഘം വർഷങ്ങൾ നീണ്ട നിരീക്ഷണങ്ങളിൽ തങ്ങൾ കണ്ട സംജ്ഞകങ്ങളിൽ മൂന്നെണ്ണം വിംപുകളുടെ ലക്ഷണങ്ങൾ പറയാവുന്നവയാണെ് പ്രഖ്യാപിച്ചിട്ടുണ്ട്. പിണ്ഡം ഒരു പ്രോട്ടോണിന്റെ പത്തിരട്ടിയോളം ആയിരിക്കാം എന്നും. ഒരു ന്യൂക്ലിയർ കണികയുടെ ഏകദേശം ഒരു സെന്റീമീറ്ററിന്റെ ഒന്നിനു പിന്നാലെ ഇരുപത്തിയൊന്നു പൂജ്യങ്ങളിട്ടത്ര അംശം അരികത്തെങ്കിലും എത്തിയാൽ മാത്രം അനുഭവഭേദ്യമാകുന്നതാകണം ഈ കണിക പ്രയോഗിക്കുന്ന ബലത്തിന്റെ സ്വഭാവം എന്നും ആണ് നിഗമനം. സി.ഡി.എം.എസ്. പരീക്ഷണത്തിന്റെ ഒരു പരിഷ്‌കരിച്ച വിപുലപ്പെടുത്തിയ പതിപ്പ് തമിഴ്‌നാട്ടിലെ ബോഡിക്കുന്നുകളിലെ ഐ.എൻ.ഒയുടെ (India-based Neutrino Observatory)  പരീക്ഷണശാലയിൽ സ്ഥാപിക്കുവാനുള്ള പദ്ധതിയിൽ ഇന്ത്യയിലെ സാഹാ ഇൻസ്റ്റിറ്റിയൂട്ട് ഓഫ് ന്യൂക്ലിയർ ഫിസിക്‌സ്, BARC, PRL, IIT-B, TIFR, Veritable Energy Cyclotron Centre എന്നീ സ്ഥാപനങ്ങളിലെ ശാസ്ത്രജ്ഞർ പങ്കാളികളാണ്.

 

എന്തിനേയും ഏതിനേയും പണമോ ആഡംബരമോ അധികാരമോ ആക്കി എങ്ങിനെ മാറ്റാം എന്ന ചിന്തകളും ചോദ്യങ്ങളും എമ്പാടും ഉയരുന്ന ഈ കാലഘട്ടത്തിൽ ഈ അദൃശ്യദ്രവ്യകണികയെ കണ്ടെത്തിയിട്ടെന്ത് കിട്ടാൻ എന്ന ചോദ്യം ഉദിച്ചേക്കാം. ഇത്തരുണത്തിലാണ്

-വിദ്യാധനം സർവധനാല്‍ പ്രധാനം, വിദ്യ തന്നെ മഹാബലം എന്നിങ്ങനെയുള്ള സുഭാഷിതങ്ങൾ

-വൈദ്യുതികൊണ്ട് ആദ്യമായി വിളക്ക് തെളിയിച്ച് കാണിച്ചപ്പോൾ 'ഇത് കൊണ്ടെന്ത് പ്രയോജനം?' എന്ന ബ്രിട്ടിഷ് ധനകാര്യമന്ത്രിയുടെ ചോദ്യത്തിന് 'കുറച്ചുകഴിയുമ്പോൾ നികുതി ചുമത്താം' എന്ന മൈക്കേൽ ഫാരഡേയുടെ ഉത്തരം

-ഇത്രയധികം പണം ശാസ്ത്രത്തിനുവേണ്ടി ചോദിക്കുന്നതിനെ നടപ്പുരീതിയിൽ 'രാജ്യരക്ഷയ്ക്ക്' എന്നു സാധൂകരിക്കാതെ 'രാജ്യരക്ഷയ്ക്കുതകാത്തവയായ പരസ്പരബഹുമാനം, സംസ്‌കാരം, നല്ല ചിത്രം, കാവ്യം, ശില്പം എന്നിവ കൊണ്ടെന്നപോലെ രാജ്യത്തെ മൂല്യവത്താക്കി രക്ഷായോഗ്യമാക്കുവാൻ വേണ്ടി' എന്ന യു.എസ്സിലെ ഫെർമിലാബിന്റെ ഡയറക്ടറായിരു റോബർട്ട് വിൽസന്റെ സാധൂകരണം

-'ഈ തിയറം പഠിച്ചാൽ എനിക്കെന്തു കിട്ടും?' എന്ന, യൂക്ലിഡിനെപ്പറ്റി കേട്ടറിഞ്ഞ് തിയറം പഠിക്കാൻ വന്ന, വ്യാപാരിയുടെ ചോദ്യത്തിന് 'ഇയാൾക്ക് രണ്ടു നാണയം കൊടുത്തേക്കൂ' എന്ന യൂക്ലിഡിന്റെ നിർദേശം

എന്നിവ ചിന്തനീയമാകുന്നത്.

 

എന്തൊക്കെയൊ എവിടെയൊക്കെയോ എങ്ങിനെയൊക്കെയോ സഹജമായ ജിജ്ഞാസ ജീവിതയാത്രയിൽ കൈവിട്ടുപോകാത്ത ആരൊക്കെയോ അന്വേഷിച്ചുപോകുക വഴിയാണ് മനുഷ്യരാശി ഭക്ഷണചികിത്സാ യാത്രാ വിനോദാദിസുഖസൗകര്യങ്ങളോടുകൂടി ഇന്നു ജീവിക്കുന്ന രീതിയിൽ എത്തിയത് എന്നതും ചിന്താർഹമാണ്.

 

 

കോട്ടയം മഹാത്മാ ഗാന്ധി സര്‍വകലാശാലയില്‍ സ്കൂള്‍ ഓഫ് പ്യുവര്‍ ആന്‍ഡ്‌ അപ്ലൈഡ് ഫിസിക്സില്‍ അസോസിയേറ്റ് പ്രൊഫസര്‍ ആണ് കെ. ഇന്ദുലേഖ.