ആറ്റമുകളുടെ ഘടകകണികകൾക്ക് എങ്ങിനെ പിണ്ഡം സംസിദ്ധമാകുന്നു എന്നതിനെപ്പറ്റിയുള്ള നമ്മുടെ അറിവ് വർധിപ്പിച്ച, പ്രവചിച്ചിരുന്ന പ്രത്യേകതരം മൗലിക കണം (ഹിഗ്സ് ബോസോൺ) CERN-ലെ ലാർജ് ഹാഡ്രോൺ കൊളൈഡറിലെ ആറ്റ്ലസ് (ATLAS), സി.എം.എസ് (CMS) എന്നീ പരീക്ഷണങ്ങളിൽ കണ്ടുപിടിക്കപ്പെട്ടതു വഴി സ്ഥിരീകരിക്കപ്പെട്ട, ഒരു സൈദ്ധാന്തിക പ്രക്രിയയുടെ കണ്ടുപിടുത്തത്തിന് ആണ് 2013-ലെ ഭൗതികശാസ്ത്ര നൊബേൽ സമ്മാനം.
1964-ലെ വേനൽക്കാലത്ത് - ജൂൺ 26ന് - ആണ് ഫ്രാൻസ്വാ എൻഗ്ലേർട്ട്, റോബേർട്ട് ബ്രൗട്ട് എന്നിവർ ചേർന്ന് ആ പ്രബന്ധം സമർപ്പിച്ചത്. തുടർന്ന് ജൂലായ് 27-നും ആഗസ്ത് 31-നും ആയി പീറ്റർ ഹിഗ്സ് ആശയത്തിന്റെ കുറച്ചുകൂടി വ്യക്തമായ രൂപവും പ്രതീക്ഷിക്കാവുന്ന തുടർകല്പനകളും അടങ്ങിയ രണ്ട് പ്രബന്ധങ്ങൾ സമർപ്പിച്ചു. സങ്കീർണവും, ആഴമേറിയതും, നീണ്ടതും ആയ മനനത്തിന്റെ ഫലങ്ങൾ. ഇവരിൽ എൻഗ്ലേർട്ടിനും ഹിഗ്‌സിനും ആയിട്ടാണ് 2013-ലെ ഭൗതികശാസ്ത്ര നൊബേൽ സമ്മാനം.
പദാർഥങ്ങളായും, അവയുടെ ചലനങ്ങളിലൂടെ ഉരുത്തിരിയുന്ന പ്രതിഭാസങ്ങളായും, പ്രകാശമായും നമുക്ക് മുന്നിൽ വിരിയുന്ന അനന്തവൈവിധ്യമാര്‍ന്ന പ്രപഞ്ചം. പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ പൊരുളറിയുവാൻ ശ്രമിക്കുന്ന നാം എത്തിച്ചേർന്നത് സാമാന്യ അനുരൂപം (Standard Model) എന്ന പരികല്പനയിലാണ്. ദൃശ്യപ്രപഞ്ചസൃഷ്ടി പദാർഥകണികകളാലും, പ്രതിഭാസങ്ങൾ പദാർഥകണികകളുടെ ചലനങ്ങൾ നിയന്ത്രിക്കുന്ന ബലവാഹക കണികകളുടെ നിർണയത്തിലും ആയിട്ടാണ് ഈ അനുരൂപം കല്പിക്കുന്നത്. ഇവിടെ പ്രകാശം വിദ്യുത്കാന്തബലത്തിന്റെ വാഹകകണികയാണ്. 6 ഇനം ക്വാർക്കുകളും 6 ഇനം ലെപ്ടോണുകളും (ഇവയുടെ പ്രതികണികകളും), 12 ബലവാഹക കണികകളും (8 (ഗ്ലൂഓൺ) + 3 (W+, W-, Z0) + 1 (പ്രകാശകണം)) കൊണ്ട് പദാർഥ ഘടനയും, ദൃശ്യപ്രപഞ്ചത്തിന്റെ (ഗുരുത്വാകർഷണത്താൽ സംഭവിക്കുന്നതൊഴികെയുള്ള) പ്രതിഭാസ വൈവിധ്യങ്ങളും കൈപ്പിടിയിലാക്കി തരുന്നതാണ് സാമാന്യ അനുരൂപം.
സാമാന്യ അനുരൂപം, ദൃശ്യപ്രപഞ്ച ഘടകങ്ങളെ ശരിക്കും പ്രതിനിധാനം ചെയ്യുന്നുവോ ഇല്ലയോ എന്നുള്ളത് പദാർഥ കണികയെന്നോ ബലവാഹക കണികയെന്നോ വിശേഷിപ്പിക്കുവാനാകാത്ത ഹിഗ്സ് ബോസോൺ എന്ന ഒരു കണികയുടെ അസ്തിത്വത്തിൽ ഊന്നിനിന്നു. പ്രപഞ്ചം നിറഞ്ഞുനിൽക്കുന്ന, അദൃശ്യമായ ഹിഗ്സ് ക്ഷേത്രവുമായുള്ള സമ്പർക്കത്താൽ പദാർഥ കണികകൾക്കും W+, W-, Z0 എന്നീ ബലവാഹക കണികകൾക്കും പിണ്ഡം സംസിദ്ധമാകുന്ന പ്രക്രിയയാണ് എൻഗ്ലേർട്ടും ബ്രൗട്ടും തുടർന്ന് ഹിഗ്‌സും ചേർന്ന് 1964-ൽ ഉരുത്തിരിച്ചെടുത്തത്. ഏകദേശം അര നൂറ്റാണ്ടിനുശേഷം (കഠിനമായ പ്രയത്‌നങ്ങൾക്കും നിരവധി നൊബേൽ സമ്മാനങ്ങൾക്കും ഒടുവിൽ!) - 2012ലെ വേനൽക്കാലത്ത് ജൂലായ് 4ന് - ജെനേവയിലെ CERN പരീക്ഷണശാല ആ വിജ്ഞാപനം പുറപ്പെടുവിച്ചു. മൂവായിരത്തോളം വീതം ശാസ്ത്രജ്ഞർ ചേർന്നു നടത്തിയ ആറ്റ്ലസ്, സി.എം.എസ് എന്നീ പരീക്ഷണങ്ങളിൽ, ശതകോടിക്കണക്കിന് കണികാ കൂട്ടിയിടികൾക്കിടയിൽ ഏതാനും കൂട്ടിയിടികളിൽ ഹിഗ്സ് ബോസോൺ ഉണ്ടാകുകയും തുടർന്ന് വിഘടിക്കുകയും ചെയ്തതിന്റെ ലക്ഷണങ്ങൾ പിടിച്ചെടുക്കപ്പെട്ടതിനെ തുടർന്ന്, ഹിഗ്സ് ബോസോൺ കണ്ടുപിടിക്കപ്പെട്ടതായുള്ള വിജ്ഞാപനം! ഇതോടെ ബ്രൗട്ട് എൻഗ്ലേർട്ട് ഹിഗ്സ് തന്ത്രം (BEH Mechanism) ആണ് ശരി എന്ന് സ്ഥിരീകൃതമായി. (പ്രത്യേക തരം കൈറൽ ഫെർമിയോണുകൾ ദ്വന്ദ്വങ്ങളായി ചേർന്നടിഞ്ഞ് ഒരു കണികാ നൂറ് (Condensate) ഉണ്ടായി ആ വഴി കണികകൾക്ക് പിണ്ഡം സിദ്ധമാക്കുന്ന ഒരു പദ്ധതി യോയിച്ചിരോ നംബു 1960-ൽ മുന്നോട്ടുവച്ചിരുന്നു).
എൻഗ്ലേർട്ടിനും ഹിഗ്‌സിനും ആയി അങ്ങിനെ 2013-ലെ ഭൗതികശാസ്ത്ര നൊബേൽ നൽകപ്പെട്ടു. ആൽഫ്രഡ് നൊബേൽ 1895 നവംബർ 27-ന് ഒപ്പുവച്ച അന്തിമ വിൽപ്പത്ര പ്രകാരം, മനുഷ്യരാശിയുടെ വിജ്ഞാന ഭണ്ഡാഗാരത്തിലേക്ക് ഒരു അമൂല്യരത്നം മുതൽക്കൂട്ടിയതിനായുള്ള സമ്മാനം. ബ്രൗട്ട് (ജ. 1928) 2011-ൽ നിര്യാതനായി. ജീവിച്ചിരിക്കുന്നവർക്കു മാത്രമേ നൊബേൽ സമ്മാനം നൽകുകയുള്ളു.
സൈദ്ധാന്തിക ഭൗതികശാസ്ത്രം
സൈദ്ധാന്തിക ഭൗതികശാസ്ത്രം ഒരു സഞ്ചയീശാസ്ത്രമാണ് (cumulative science) - ഗണിത ശാസ്ത്രത്തെപ്പോലെ. സങ്കലനം മനസ്സിലാക്കിക്കഴിഞ്ഞാൽ തുടർന്ന് വ്യവകലനം, ഗുണനം, ഹരണം എന്നിങ്ങനെ മനോഗോചരങ്ങൾ മാത്രമായ കേവലതത്വങ്ങളിൽനിന്ന് സങ്കീർണതകളിലൂടെ സൂക്ഷ്മകല്പനകളിലേക്ക് നീങ്ങുവാൻ സാധിക്കും. അതുപോലെ ചരിത്രാതീതകാലം മുതൽ സഞ്ചയിക്കപ്പെട്ടുവരുന്ന അറിവുകളും തിരിച്ചറിവുകളും ചേർത്തു ചേർത്ത് പണിതുയർത്തപ്പെടുന്ന അറിവിന്റെ ഗോപുരം. അതാണ് സൈദ്ധാന്തിക ഭൗതികശാസ്ത്രം. അതിലേക്ക് പുതിയ ഒരു ചിന്തയെ ഇണക്കിച്ചേർക്കുക സുകരമല്ല. ഘടകങ്ങളുടെയും ഘടനയുടെയും രീതിയും കൃത്യതയും എങ്ങിനെ, എത്രത്തോളം എന്നത് പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ ലഭ്യമാകുന്ന കണക്കുകൾക്കും ധാരണകൾക്കും ഒത്തുനിൽക്കണം. പുതിയ ഒരു ചിന്ത/തത്വം, മുൻപുണ്ടായ പരീക്ഷണങ്ങളും ധാരണകളും ആയി ഒത്തുപോകുന്നതോ, അഥവാ അങ്ങിനെ അല്ല എങ്കിൽ, അവയെ ഏതു രീതിയിൽ പുനശ്ചിന്തിച്ചാൽ പുതിയ ചിന്ത മുൻപുണ്ടായവയുമായി ഇണക്കാം എന്നുള്ളത്, കൃത്യമാക്കാൻ കഴിയുന്നതോ ആയിരിക്കണം. പുതിയ രീതിയിൽ, ഘടകങ്ങളും ഘടനയും എല്ലാം, പരീക്ഷണഫലങ്ങളുമായി ഒത്തുപോകണം. ഇതാണ് സൈദ്ധാന്തിക ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിന്റെ പ്രവർത്തനരീതി. സാധാരണ ഭാഷ ഉപയോഗിച്ച് തീർത്തും ലഘുവും ഉപരിപ്ലവവും ആയ രീതിയിലേ, ഇവിടുത്തെ ഉപന്യാസവിഷയമായ സൈദ്ധാന്തിക ഉൾക്കാഴ്ച എന്ത് എന്ന് പ്രതിപാദിക്കാനാകൂ. ഗണിതശാസ്ത്രം നൽകിയ 'വാക്കു'കളിലൂടെയും (സമ)വാക്യങ്ങളിലൂടെയും നീങ്ങിയ ചിന്തകളാണവ. അതിനാൽ തീർത്തും ലഘുവായിട്ടുള്ള ഒരു പ്രതിപാദനമാണ് ഇവിടെ ഉദ്യമിക്കുന്നത്.
ഭൗതികശാസ്ത്രം, നാം കാണുന്ന പദാർഥങ്ങളുടെയും പ്രതിഭാസങ്ങളുടെയും അടിസ്ഥാന ഘടകം/തത്വം തേടുന്നു. അതായത്, നാനാത്വത്തിലെ ഏകത്വം. മനുഷ്യൻ തന്റെ ആവാസസ്ഥലമായ ഭൂമിയിലുള്ള എല്ലാ പദാർഥങ്ങളും, ഗ്രഹങ്ങളിലും നക്ഷത്രങ്ങളിലും ഉള്ളതായി കാണുന്നവയും, അടിസ്ഥാനപരമായി, നൂറിൽ താഴെ മൂലകങ്ങളാൽ ഉണ്ടാക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു എന്ന്, ഭൂമിയിൽ രസതന്ത്രവും, പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ കാര്യത്തിൽ ജ്യോതിർഭൗതികവും വഴി മനസ്സിലാക്കിയിരിക്കുന്നു. വിവിധ പ്രതിഭാസങ്ങളാകട്ടെ, പ്രകാശത്തെ സംബന്ധിക്കുന്നതോ, പദാർഥത്തിന്റെ സ്ഥൂലമായതോ സൂക്ഷ്മത്തിലുള്ളതോ ആയ ചലനങ്ങളെ സംബന്ധിക്കുന്നതോ ആണെന്നും. പുറമെനിന്ന് ബലം പ്രയോഗിക്കപ്പെടുന്നില്ലെങ്കിൽ ഒരു വസ്തുവിന്റെ ഒരേ ക്രമത്തിലുള്ള ചലനത്തിന് (ത്വരണമില്ലാത്ത രീതിയിലുള്ള) മാറ്റങ്ങളൊന്നും സംഭവിക്കുകയില്ലെന്നും, മാറ്റം സംഭവിക്കുന്ന സാഹചര്യമാണ് എങ്കിൽ, ചലനവേഗത്തിനോ ദിശക്കോ ഉണ്ടാകുന്ന മാറ്റം, പുറമേനിന്ന് പ്രയോഗിക്കപ്പെടുന്ന ബലത്തിന് ആനുപാതികമായിട്ടായിരിക്കും എന്നും ചലനനിയമങ്ങൾ നാം ഉരുത്തിരിച്ചെടുത്തു (ന്യൂട്ടൺ 1664 - 1727).
ഒരു വ്യൂഹത്തിന്റെ അവസ്ഥയും അതിന്റെ ഘടകങ്ങൾ തങ്ങളിൽ തങ്ങളിൽ ഏല്പിക്കുന്ന ബലത്തിന്റെ അളവും, രീതിയും അറിഞ്ഞാൽ വ്യൂഹത്തിന്റെ പരിണതി പ്രപചിക്കുവാൻ ന്യൂട്ടന്റെ ചലനനിയമങ്ങൾ നൽകുന്ന ഗണിത സൂത്രവാക്യങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കാം.
ചലനനിയമങ്ങളുടെ പിന്നിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന തത്വങ്ങളെ, ഗണിതശാസ്ത്ര ഭാഷയിൽ, പല സങ്കേതങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് പല രീതിയിൽ പ്രകാശിപ്പിക്കാം. പുറംലോകവുമായി ഒരു ബന്ധവുമില്ലാതെ വച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു വ്യൂഹത്തിലെ, ഘടകങ്ങൾ തങ്ങളിലുള്ള പ്രവർത്തന പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളിൽ, ഘടകങ്ങളും, ഘടകങ്ങളുടെ ചലനങ്ങളും, പല രീതിയിൽ മാറിമറിയാമെങ്കിലും ആകപ്പാടെ എടുത്താൽ ചില ഗുണങ്ങൾ സ്ഥിരമായി നിൽക്കുന്നതു കാണാം. ഉദാ: ആകെ പിണ്ഡോർജം (mass-energy), ആകെ ആയം, ആകെ ഭ്രമണ ആയം, ആകെ വൈദ്യുത ചാർജ്, ആകെ ബാരിയോണുകളുടെ എണ്ണം, ആകെ ലെപ്‌ടോണുകളുടെ എണ്ണം തുടങ്ങിയവ. ഈ വക സ്ഥിര (അവ്യയീ) ഗുണങ്ങളാണ് (conserved quantities) നാം കാണുന്ന പ്രതിഭാസങ്ങളുടെ നിയതമായ രീതികൾക്കു പിന്നിൽ. ഉദാ: ഇന്ന രീതിയിൽ മുട്ടിയാൽ ഇന്ന രീതിയിൽ കാരം ബോർഡിൽ കരുക്കൾ നീങ്ങും. അല്ലെങ്കിൽ ഇന്ന രീതിയിൽ ബാറ്റുകൊണ്ട് തട്ടിയാൽ ഇന്ന രീതിയിൽ വരുന്ന പന്ത് ഇന്ന രീതിയിൽ പോകും എന്നത് തിരിച്ചറിഞ്ഞ്, അനുകൂലമാം വിധം പ്രവർത്തിക്കുവാൻ നമുക്ക് സാധിക്കുന്നതിനു പിന്നിൽ ഈ അവ്യയീഗുണങ്ങളാണ് പ്രവർത്തിക്കുന്നത്.
അവ്യയീഗുണങ്ങളുടെ അസ്തിത്വത്തെ, പ്രവർത്തന പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾക്ക് കാരണഭൂതങ്ങളായ ബലങ്ങൾക്ക് ഇവയെ മാറ്റവാനുള്ള കഴിവില്ലാത്തതിനാൽ സംഭവിക്കുന്നത് എന്നോ - മറിച്ച്, ഈ ഗുണങ്ങൾക്ക് മാറ്റം വരാത്ത രീതിയിലായിരിക്കണം ബലങ്ങളുടെ രീതികല്പന എന്നോ മനസ്സിലാക്കാം. അമ്മട്ടിൽ, പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ നാം മനസ്സിലാക്കിയെടുക്കുന്ന ഇത്തരം അവ്യയീഗുണങ്ങളും, ബലങ്ങളുടെ രീതികല്പനയും തമ്മിലുള്ള സൂക്ഷ്മവും കേവലവുമായ ബന്ധം, എമ്മി നോഅതർ (1882-1935) എന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞ ഉരുത്തിരിച്ചെടുത്ത നോഅതറുടെ തിയറം മനോഗോചരമാക്കുന്നു.
ചലനനിയമങ്ങളുടെ പിന്നിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന തത്വങ്ങളെ ഗണിതശാസ്ത്രഭാഷയിൽ പല സങ്കേതങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് പ്രകാശിപ്പിക്കാം എന്ന് അല്പം മുൻപ് പ്രസ്താവിച്ചുവല്ലോ. അത്തരം ഒരു സങ്കേതമാണ് ലഗ്രാൻജിയൻ. ഒരു വ്യൂഹത്തിന്റെ ഗതിക-സ്ഥിതിക-സമ്പർക്ക-ഊർജ ഭാവങ്ങളുടെ സമന്വയമാണ് ലഗ്രാൻജിയൻ. കാരം ബോർഡിൽ കരുക്കളെ തട്ടുമ്പോൾ ബോർഡ് ഏതുദിശയിലേക്ക് തിരിച്ചാണ് സജ്ജീകരിച്ചിരിക്കുന്നത് എന്നത് കരുവിനെ എങ്ങിനെ തട്ടണം എന്നതിനെ ബാധിക്കുന്നില്ലല്ലോ. ഇതിനെ സമത (symmetry) എന്നു പറയും. വിവിധ സമതകളെ ഗണം (group) (ഉദാ: E4, O3, SU(2) ...) എന്ന ഗണിതശാസ്ത്ര സങ്കേതം ഉപയോഗിച്ച് പ്രകാശിപ്പിക്കാം. ഉദാ: ഒരു ചതുരത്തിനെ മേശപ്പുറത്തുവെച്ച് നടുക്ക് ഒരു മൊട്ടുസൂചികൊണ്ട് കുത്തിപ്പിടിച്ച്, സൂചിക്കുചുറ്റും 90 ഡിഗ്രിയുടെ ഗുണിതങ്ങളിൽ കറക്കിവെച്ചാൽ കാഴ്ചക്ക് ആദ്യം കണ്ട ചതുരവുമായി ഒരു വ്യത്യാസവും പറയുവാൻ സാധിക്കുകയില്ല. നെടുകെയും കുറുകെയും കോണോടുകോണും കൃത്യം പകുതിക്കുവെച്ച്, കൃത്യം കുത്തനെ പിടിച്ച ഒരു കണ്ണാടിയിലെന്നപോലെ പ്രതിഫലിപ്പിച്ചു നോക്കിയാലും, വ്യത്യാസമില്ലാതെ കാണാം. കേന്ദ്രബിന്ദുവിൽ കൂടി കടന്നു പോകുന്നതായി, ചതുരത്തിനുള്ളിൽ സങ്കല്പിക്കാവുന്ന രേഖകളുടെ, കേന്ദ്രബിന്ദുവിന്റെ അപ്പുറവും ഇപ്പുറവും ഉള്ള നീളങ്ങളെ, തങ്ങളിൽ ആൾമാറാട്ടം നടത്തിയാലും ചതുരത്തിനു വ്യത്യാസം ഒന്നും സംഭവിക്കുന്നില്ല എന്നു കാണാം. ഇപ്പറഞ്ഞതിത്രയും കൂടി, ഗണിതശാസ്ത്രരീത്യാ ചതുരത്തിന്റെ സമതാഗുണം C4v ആണ് എന്ന് പറയുന്നതിൽ ഒതുങ്ങുന്നു.
ലഗ്രാൻജിയൻ അനുസരിക്കുന്ന സമതകൾ, പരീക്ഷണ നിരീക്ഷണങ്ങളിൽ പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്ന അവ്യയീഗുണങ്ങൾക്ക് കാരണങ്ങളാകുന്നു എന്നുള്ള ഉൾക്കാഴ്ചയും, ഈ സമതകൾ ഏവ എന്നുള്ള അറിവിൽ നിന്ന് ഏതുരീതിയിൽ അവ്യയീഗുണങ്ങളെ നിർണയിക്കാം എന്നുള്ളതും നോഅതറുടെ തിയറത്തിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. മറിച്ച് ചിന്തിച്ചാൽ, അവ്യയീഗുണങ്ങളെപ്പറ്റി പരീക്ഷണങ്ങളിൽ നിന്ന് ലഭിക്കുന്ന അറിവ് ഉപയോഗിച്ച്, നമുക്ക്, ലഗ്രാൻജിയൻ പാലിക്കുന്ന സമതകൾ ഏവ, അതായത് ഏതു സമതകൾക്ക് കീഴിലാണ് ലഗ്രാൻജിയൻ രൂപഭേദം കൂടാതെ നിൽക്കുന്നത് എന്ന് നിരൂപിക്കുവാൻ കഴിയും. ഈ ഉൾക്കാഴ്ചയുടെ അടിത്തറയിലാണ് പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ഘടകങ്ങളുടെയും പ്രവർത്തനങ്ങളുടെയും ഭാവങ്ങൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്ന ഗണിതശാസ്ത്ര അനുരൂപങ്ങൾ നാം സൃഷ്ടിക്കുന്നത്. ലഗ്രാൻജിയനിൽ നിന്ന് ചലന സമവാക്യങ്ങളിലേക്കും അവസ്ഥാ സമവാക്യങ്ങളിലേക്കും മറ്റും നീങ്ങാം. ഇത്തരം അനുരൂപങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് നാം വസ്തുക്കളുടെയും കണികകളുടെയും ചലനങ്ങളും പ്രവർത്തന പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളും വിഘടനങ്ങളും മറ്റും കണക്കുകൂട്ടിയെടുക്കുന്നത്.
ഹിഗ്സ് ബോസോൺ വന്ന വഴി
നാം ജീവിക്കുന്ന താപമർദസാന്ദ്രതകളിൽ നാം നാലു വ്യത്യസ്ത ബലങ്ങളെ തിരിച്ചറിയുന്നു. 1) ഞെട്ടറ്റ ആപ്പിൾ താഴേക്ക് വീഴുന്നതിലും ഗ്രഹങ്ങൾ തങ്ങളിലും സൗരയൂഥത്തിലും നക്ഷത്രങ്ങളിലും പ്രപഞ്ചത്തെ ആകമാനമെടുത്താൻ തന്നെയും ഉയർന്ന പിണ്ഡമുള്ള വസ്തുക്കളിൽ മേൽകൈയാളുന്ന ഗുരുത്വാകർഷണ ബലം. 2) വിദ്യുത്കാന്ത ബലം - വൈദ്യുത ചാർജുള്ള വസ്തുക്കൾ തങ്ങളിൽ പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്ന വിദ്യുത്ബലം - വരണ്ട തലമുടി ചീകിയ ചീപ്പിലേക്ക്, ഭാരം കുറഞ്ഞ കടലാസു കഷണങ്ങൾ ചാടി ഒട്ടിപ്പിടിക്കുന്നതിലും, മിന്നലിലും ഈ ബലത്തിന്റെ പ്രഭാവം പ്രകൃതിയിൽ നമുക്ക് കാണാം. മാഗ്നറ്റൈറ്റ് എന്ന ഇരുമ്പയിരിന്റെ കഷണങ്ങൾ, ചെറിയ ഇരുമ്പ് തുണ്ടുകളെ ആകർഷിക്കുന്നത് കണ്ടാണ് മനുഷ്യൻ ആദ്യമായി കാന്തബലത്തെ പരിചയപ്പെടുന്നത്. മനുഷ്യൻ സമാനതകളും പൊതുതത്വങ്ങളും ആരായുന്നു എന്നു പറഞ്ഞുവല്ലോ. 1865-ൽ ജെയിംസ് ക്ലാർക്ക് മാക്‌സ്‌വെൽ A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field എന്ന തന്റെ പുസ്തകത്തിൽ വിദ്യുത്ബലത്തെയും കാന്തബലത്തെയും ഒരൊറ്റ സൈദ്ധാന്തിക കല്പനയാക്കി അവതരിപ്പിച്ചു. ഇന്ന് ഇവ രണ്ടും ചേർന്ന വിദ്യുത്കാന്ത ബലത്തെപ്പറ്റി മാത്രമേ നാം വിചിന്തനം ചെയ്യാറുള്ളൂ.
ഇനിയുള്ള രണ്ടു ബലങ്ങൾ 3) ശക്തബലവും 4) ക്ഷീണബലവും - അണുകേന്ദ്രത്തിനുള്ളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നതായിട്ടാണ് നാം പരിചയപ്പെടുന്നത്. വിവിധ ആറ്റമുകളുടെ അണുകേന്ദ്രവും (+ ചാർജുള്ളത്) കേന്ദ്രത്തിനു ചുറ്റും സ്ഥിതിചെയ്യുന്ന ഇലക്‌ട്രോണുകളും (- ചാർജുള്ളത്) തങ്ങളിലുള്ള വിദ്യുത്കാന്ത ബലത്തിൻറെ പരിശിഷ്ടം (തന്മാത്രാന്തർ ബലം) പദാർഥങ്ങളിൽ തന്മാത്രകളെ ചേർത്തുനിർത്തുന്നതുപോലെ അണുകേന്ദ്ര ഘടകങ്ങളായ പ്രോട്ടോണിന്റെയും ന്യൂട്രോണിന്റെയും ഘടകകണങ്ങളായ ക്വാർക്കുകൾ തങ്ങളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ശക്തബലത്തിന്റെ പരിശിഷ്ടം (ന്യൂക്ലിയർ ബലം) പ്രോട്ടോണുകളേയും ന്യൂട്രോണുകളേയും, അണുകേന്ദ്രത്തിലുള്ളിൽ ഒതുക്കി നിർത്തിയിരിക്കുന്നു എന്ന് കണികാ കൂട്ടിയിടികളേയും ഇത്തരം സംഘട്ടനങ്ങളിൽ ചിതറുന്ന/സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്ന നിരവധി നൂതന കണികകളെയും പഠിക്കുകവഴി നാം നിരൂപിച്ചെടുത്തു. ക്വാർക്കുകൾ എന്നു നാമകരണം ചെയ്യപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന ആറ് മൗലികകണങ്ങൾ, സ്വതന്ത്രമായി പ്രത്യക്ഷപ്പെടാതെ, ശക്തബലത്തിൻ കീഴിൽ, ദ്വിക്വാർക്ക് കണികകളായോ ത്രിക്വാർക്ക് കണികകളായോ മാത്രമേ പൊതുവെ പ്രത്യക്ഷപ്പെടാറുള്ളൂ. ക്വാർക്കുകളാൽ നിർമിക്കപ്പെട്ട ഹാഡ്രോണുകൾ (പ്രോട്ടോൺ, ന്യൂട്രോൺ, മീസോണുകൾ ...) എന്നു വിളിക്കപ്പെടുന്ന കണികകളും, താരതമ്യേന ഭാരം കുറഞ്ഞവയും, പരീക്ഷണങ്ങൾ ഇന്നുവരെ അന്തർഘടന ഒന്നും വെളിവാക്കിയിട്ടില്ലാത്തവയും ആയ ലെപ്ടോണുകളും (ഇലക്‌ട്രോൺ, മ്യൂഓൺ, ന്യൂട്രിനോ ...) തങ്ങളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ബലമാണ് ക്ഷീണബലം. വിദ്യുത്കാന്ത ബലത്തേക്കാൾ ശക്തം ആയത് ശക്തബലം. ക്ഷീണമായത് ക്ഷീണബലം. ഈ ബലങ്ങളുടെ പ്രഭാവം റേഡിയോ ആക്ടീവത എന്ന പ്രതിഭാസത്തിൽ നാം ദർശിക്കുന്നു.
വിദ്യുത്കാന്ത ബലത്തെയും ക്ഷീണബലത്തെയും ശക്തബലത്തെയും ഒരൊറ്റ ലഗ്രാൻജിയനിൽ ഇണക്കി, കണക്കുകൂട്ടലുകൾക്കുതകുന്ന രീതിയിൽ ആക്കിയെടുക്കുവാനുള്ള ശ്രമത്തിൻറെ പാതയിൽ വന്ന വലിയ ഒരു പ്രതിബന്ധം (ഗോൾഡ് സ്റ്റോൺ തിയറം) മറികടക്കുവാനുള്ള തന്ത്രം നിരൂപിച്ചെടുക്കുകയായിരുന്നു എൻഗ്ലേർട്ടും ബ്രൗട്ടും ഹിഗ്‌സും.
പിന്നോട്ടുനോക്കുമ്പോൾ
നമ്മെ അപേക്ഷിച്ച് തീരെ ചെറുതും തീരെ വലുതും ആയവയെയും തീരെ പതുക്കെയും തീരെ വേഗതയിലും നീങ്ങുന്നവയെയും നമുക്ക് നേരിട്ട് നിരീക്ഷിച്ച് രീതികൾ പഠിക്കുവാൻ സാധിക്കുകയില്ല. ഇരുപതാം നൂറ്റാണ്ടിന്റെ ആരംഭത്തോടെ വിവിധ പരീക്ഷണ-നിരീക്ഷണ-മനനങ്ങൾ വഴിയായി, സൂക്ഷ്മത്തിൽ എന്തു സംഭവിക്കുന്നു എന്നുള്ളത് അപ്രധാനമാകുന്ന സന്ദർഭങ്ങളിലും, വേഗതകൾ (പ്രകാശ വേഗത്തെ അപേക്ഷിച്ച്) വളരെ കുറവ് ആയ സന്ദർഭങ്ങളിലും മാത്രമേ ന്യൂട്ടന്റെ ചലനനിയമങ്ങൾ പ്രയോഗയോഗ്യമാകുന്നുള്ളൂ എന്ന് നാം തിരിച്ചറിഞ്ഞു. ഉയർന്ന വേഗതകൾ ഉള്ള സാഹചര്യത്തിൽ ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തത്തിന്റെയും (ഐൻസ്റ്റീൻ) സൂക്ഷ്മത്തിൽ ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തത്തിന്റെയും (പ്ലാങ്ക്, ഷ്ര്വേഡിംഗർ, ബോർ, ഡിറാക്) ചട്ടക്കൂടിൽ നിന്നുകൊണ്ടുവേണം ചലനങ്ങളേയും പദാർഥങ്ങളേയും അപഗ്രഥിക്കുവാൻ എന്നു നാം മനസ്സിലാക്കി.
ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തത്തിൽ, പദാർഥത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനകണങ്ങൾ കൃത്യമായി കുറിച്ച അളവിലാണ് വിവിധ ഗുണങ്ങൾ വഹിക്കുന്നത്. പ്രകാശം, കണികകൾ തുടങ്ങിയവ, മാറിയും തിരിഞ്ഞും പ്രകടിപ്പിക്കുന്ന തരംഗ-കണികാ ഭാവങ്ങളെ സമന്വയിപ്പിച്ചു ചിന്തിക്കുവാൻ ക്വാണ്ടം ബലതന്ത്രം വഴി സാധിച്ചു. വിശേഷാപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തത്തിൽ സ്ഥല-കാല പരികല്പനകളുടെ സമന്വയവും ഊർജ-പിണ്ഡ പരികല്പനകളുടെ സമന്വയവും സാധിതമായി.
ക്വാണ്ടം പരികല്പനകളും ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തത്തിലെ സ്ഥല-കാല സമന്വയവും കൂട്ടിയിണക്കി ഡിറാക് 1930-കളിൽ ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റത്തിന്റെ പൂർണ അനുരൂപം ഗണിതശാസ്ത്ര സങ്കേതങ്ങളിലൂടെ സൃഷ്ടിച്ചു. എല്ലാം അറിവായി കഴിഞ്ഞിരിക്കാം എന്ന അഭ്യൂഹവും അദ്ദേഹം പ്രകടിപ്പിച്ചു. - പ്രോട്ടോണും ഇലക്‌ട്രോണും ഘടകകണങ്ങൾ! വിദ്യുത്കാന്ത ബലം നിയന്ത്രിക്കുന്ന അവയുടെ ചലനങ്ങൾ ഡിറാക് സമവാക്യം പിടിച്ചെടുക്കുന്നു! നമുക്കറിവായ വസ്തുക്കളെല്ലാം ഇലക്‌ട്രോണുകളാലും പ്രോട്ടോണുകളാലും സൃഷ്ടിച്ചെടുക്കാം! പക്ഷേ, കഥ വീണ്ടും ചുരുളഴിഞ്ഞു.
ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തം പിണ്ഡത്തെയും ഊർജത്തെയും കൂടി സമന്വയിപ്പിക്കുന്നുണ്ടല്ലോ. അതിനാൽ ഊർജകണികക്ക് പിണ്ഡമുള്ള കണികാ-പ്രതികണികാ ദ്വന്ദ്വമായി മാറുവാനും (particle-antiparticle pair ഉദാ: ഇലക്‌ട്രോൺ + പൊസിട്രോൺ), പിണ്ഡമുള്ള കണികക്ക് ഊർജ കണികയെ ഉത്സർജിക്കുവാനും സാധിക്കണം. ഈ സ്വാതന്ത്ര്യം ഡിറാക് സമവാക്യത്തിലില്ല. ഫെയ്ൻമാൻ ഷ്വിങ്ങർ, തോമൊണാഗ, ഡൈസൺ എന്നീ ശാസ്ത്രജ്ഞർ ഈ ന്യൂനത ക്വാണ്ടം ഇലക്‌ട്രോ ഡൈനാമിക്‌സ് (QED) എന്ന പരികല്പന സൃഷ്ടിക്കുന്നതു വഴി നിവർത്തിച്ചു.
വിദ്യുത്കാന്ത ബലത്തിന്റെ എല്ലാ ഭാവങ്ങളും ഉൾക്കൊള്ളുന്ന QED ഒരു ക്വാണ്ടം ക്ഷേത്ര സിദ്ധാന്തമാണ് (Quantum Electro Dynamics). ഇതിൽ കണികകളും അവ തങ്ങളിൽ പ്രയോഗിക്കുന്ന ബലങ്ങളും എന്ന കല്പനവിട്ട് നമ്മൾ ഒരു ബഹുകണികാ സിദ്ധാന്തം സ്വീകരിക്കുന്നു. ഇതിൽ പദാർഥ കണികകൾ പ്രപഞ്ചം നിറഞ്ഞുനിൽക്കുന്ന വിവിധ ഫെർമിയോൺ ക്ഷേത്രങ്ങളുടെ ഉദ്ഗമങ്ങളും (Excitations) - ബലങ്ങൾക്കു പകരം ഫെർമിയോൺ കണികകൾ തങ്ങളിൽ പ്രപഞ്ചം നിറഞ്ഞുനിൽക്കുന്ന ഗേജ് ക്ഷേത്രങ്ങളുടെ ഉദ്ഗമങ്ങളായ ഗേജ് ബോസോണുകൾ കൈമാറുക വഴി കണികകളുടെ ചലനഗതിയിൽ മാറ്റം സംഭവിക്കുന്നു - എന്ന രീതിയിലും ആണ്.
കണികകളുടെ അവ്യയീഗുണങ്ങൾ പഠിക്കുക വഴി നിരൂപിച്ചെടുക്കുന്ന സമതാഗണങ്ങൾക്ക് കീഴിൽ, ലഗ്രാൻജിയനു വ്യതിയാനം സംഭവിക്കാതെ ഇരിക്കുവാൻ, ലഗ്രാൻജിയനിലെ ഫെർമിയോൺ ക്ഷേത്രസംബന്ധിയായ പാദങ്ങൾക്കൊപ്പം ലഗ്രാൻജിയനിൽ ചേർക്കേണ്ടിവരുന്ന പാദങ്ങളാണ് ഗേജ് ക്ഷേത്രസംബന്ധിയായ പാദങ്ങൾ. ഈ പരികല്പനയനുസരിച്ച് വൈദ്യുത ചാർജുള്ള പദാർഥ കണികകൾ (ഇവ ഫെർമിയോണുകളാണ്) തങ്ങളിൽ ഉള്ള അതിദൂരബലം (long range force) ആയ വിദ്യുത്കാന്ത ബലം വഹിക്കുന്നത്, പ്രകാശ കണിക എന്ന (പിണ്ഡമില്ലാത്ത) അപിണ്ഡ ബോസോണാണ്. ഇതിനെ ഗേജ് ബോസോൺ എന്നു വിളിക്കുന്നു.
തുടർന്ന് ഹ്രസ്വദൂരബലങ്ങളായ (short range forces) ശക്തബലത്തിന്റെയും ക്ഷീണബലത്തിന്റെയും കാര്യത്തിൽ QED ക്ക് സമാനമായ - എന്നാൽ ഈ ബലങ്ങളുടെ ഹ്രസ്വമായ പ്രവർത്തന പരിധിക്കനുയോജ്യമാം വിധം സപിണ്ഡ ബലവാഹക കണികയുള്ളതായ - ഒരു ക്ഷേത്രസിദ്ധാന്തത്തിനുവേണ്ടിയുള്ള അന്വേഷണങ്ങളായി. ക്ഷേത്രസിദ്ധാന്തങ്ങളുടെ കാര്യത്തിൽ, വാഹകകണിക സപിണ്ഡമെങ്കിൽ ബലം ഹ്രസ്വദൂരബലം ആകും.
കേവലമായ സിദ്ധാന്തത്തിൽ നിന്ന് പരീക്ഷണങ്ങൾ വഴി അറിവാകുന്ന കണികകളുടെ ഗുണങ്ങളും പ്രവർത്തനരീതിയും കണക്കുകൂട്ടി എടുക്കുവാനുള്ള പ്രക്രിയ, ഫെയ്ൻമാൻ ചിത്രങ്ങൾ (Feynman diagrams) സുകരമാകുന്നു. കേവലതയിൽ നിന്ന് നിയതമായ അളവുകൾ ലഭ്യമാകണമെങ്കിൽ സിദ്ധാന്തത്തിന് പുനർനിർണയത എന്ന ഗുണം (Renormalizability) അവശ്യം ഉണ്ടായിരിക്കണം. നിരവധി ഉൾക്കാഴ്ചകൾ സമ്മാനിച്ചുകൊണ്ട് - നൊബേൽ സമ്മാനങ്ങൾ വാരിക്കൂട്ടിക്കൊണ്ടും - മൂന്നു ബലങ്ങളേയും ഒന്നായി കാണുവാനുള്ള ശ്രമങ്ങൾ മുന്നോട്ടുനീങ്ങി.
> 1935-ൽ സപിണ്ഡ ബലവാഹക കണിക എന്ന ആശയം യുക്കാവാ മുന്നോട്ടു വച്ചു - യുക്കാവാ പ്രവചിച്ച, പറ്റിയ പിണ്ഡമുള്ള പയോൺ എന്ന കണികയെ കണ്ടെത്തുകയും ചെയ്തു – പക്ഷേ, ക്വാണ്ടം രൂപകല്പനയ്ക്കു വഴങ്ങുന്നില്ല.
> യാങ്, മിൽസ് സിദ്ധാന്തം - ഒന്നാന്തരം നോൺ അബീലിയൻ ഗേജ് സിദ്ധാന്തം. പക്ഷേ, അധികപ്പറ്റായി ഒരു അപിണ്ഡ ബലവാഹക കണിക പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്നു. (അതായത് അധികമായ ഒരു അതിദൂര ബലം) പുനർനിർണയതയും തെളിയിക്കപ്പെടാൻ സാധിച്ചിട്ടില്ലാത്തതിനാൽ ഫലത്തിൽ ഉപയോഗശൂന്യം.
> SU(2)XU(1) ഗണസമത അനുസരിക്കുന്നതും വിദ്യുത്കാന്ത ക്ഷീണബലങ്ങളെ ഏകീകരിക്കുന്നതും ആയ ഇലക്‌ട്രോവീക്ക് സിദ്ധാന്തം. ഒന്നാന്തരം പ്രവചനശക്തി. പക്ഷേ, കണികകൾക്ക് ഒന്നിനും പിണ്ഡമില്ല. വേണ്ടുന്ന പിണ്ഡം നാം അങ്ങോട്ട് ഇട്ടുകൊടുക്കണം.
> ഗേജ് സമത അനുസരിക്കുന്ന ലഗ്രാൻജിയനിൽ അധികമായി ഒരു സ്‌കാലാർ ക്ഷേത്രം കൂട്ടിച്ചേർത്ത് ഈ അധിക ക്ഷേത്രം വഴിയായി ലഗ്രാൻജിയൻ സമത അനുസരിക്കാത്ത രീതിയിലാക്കുന്ന 'സ്വതഃ സമതാ ഭഞ്ജനം (Spontaneous Symmetry Breaking) എന്ന പ്രക്രിയ വഴിയായി കണികകൾക്ക് പിണ്ഡം നൽകാം എന്നു കണ്ടുപിടിച്ചു. പക്ഷേ, അധികപ്പറ്റായി ഒരു അപിണ്ഡ കണിക ഇവിടെയും പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്നു.
> 1950കളിൽ തുടങ്ങി ജെനേവയിലെ CERN-ലും അമേരിക്കയിലെ ബ്രൂക്ക്‌ഹേവനിലും ഉള്ള കണികാ പരീക്ഷണശാലകളിൽ നടന്ന നിരവധി പരീക്ഷണങ്ങൾ അനവധി നൂതന കണികകളെ നമുക്ക് അറിവാക്കി. മൂലകങ്ങളുടെ കാര്യത്തിൽ ആവർത്തനപ്പട്ടിക എന്നതുപോലെ ശക്തബലാനുഭവികളായ ഹാഡ്രോൺ കണികകളുടെ ഔഘത്തെ - ഫ്‌ളേവർ എന്ന ഒരു ഗുണം കൂടി കല്പിച്ചാൽ SU(3) ഗണസമതക്കു കീഴിൽ അടുക്കായി പ്രദർശിപ്പിക്കാം എന്ന് ഗെൽമാൻ എന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞൻ കണ്ടുപിടിച്ചു. അതോടെ SU(3)XSU(2)XU(1) ഗണസമതയ്ക്കുകീഴിൽ എല്ലാവിധ മൗലികകണങ്ങളേയും അണിനിരത്താമെന്നായി. പക്ഷേ, ഗേജ് സമതയും പുനർനിർണയതയും ഉള്ളതും അധികമായി അപിണ്ഡ കണത്തെ സൃഷ്ടിക്കാതെ സ്വതഃ സമതാ ഭഞ്ജനം നിർവഹിക്കാവുന്ന രീതിയിലുള്ളതും (അപിണ്ഡ കണം പലേ വിധ സന്ദർഭങ്ങളിൽ പ്രത്യക്ഷപ്പെടുക തന്നെ ചെയ്യും എന്ന് ഗോൾഡ്സ്റ്റോൺ തിയറം!) ആയ ഒരു ക്ഷേത്രസിദ്ധാന്തം കരുപ്പിടിപ്പിക്കുവാൻ കഴിയുന്നില്ല.
ഇങ്ങിനെ സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ കാര്യം രുഗ്മിണീ സ്വയംവരത്തിനെത്തിയ വരപദകാമികളെ പോലെ ആയിനിൽക്കുമ്പോഴാണ് ലക്ഷം സിദ്ധാന്തങ്ങൾ മുന്നോട്ടു വെയ്ക്കപ്പെടുന്നതിനിടയിൽ ലക്ഷണമൊത്ത ഒന്ന് എൻഗ്ലേർട്ടും ബ്രൗട്ടും ഹിഗ്‌സും ചേർന്ന് മുന്നോട്ടുവെച്ചത്.
ഹിഗ്സ് ബോസോൺ എന്ന ചിന്താമണി
യാങ്ങിൻറെയും മിൽസിൻറെയും നോൺ അബീലിയൻ ഗേജ് ക്ഷേത്രസിദ്ധാന്തത്തിൽ, ശുദ്ധശൂന്യത്തിനു (vaccum) കല്പിച്ചിട്ടുള്ള ഗുണങ്ങളുള്ള (0+), പദാർഥമെന്നോ ബലവാഹകമെന്നോ പറയുവാനാകാത്ത, നാല് അംഗങ്ങളുള്ള ഒരു ദ്വിപാദ കോംപ്ലക്‌സ് സ്‌കാലാർ ക്ഷേത്രം (two component complex scalar field) - ഹിഗ്സ് ക്ഷേത്രം - കൂട്ടിച്ചേർത്ത്, അതുപയോഗിച്ച് സ്വതഃ സമതാ ഭഞ്ജനം നടത്തുകയായിരുന്നു, എൻഗ്ലേർട്ടും ബ്രൗട്ടും ഹിഗ്‌സും. ഇതോടെ അപിണ്ഡ കണം പ്രത്യക്ഷപ്പെടാത്ത രീതിയിൽ കണങ്ങൾക്ക് പിണ്ഡം നൽകുവാനായി. ഹിഗ്സ് ക്ഷേത്രത്തിന്റെ നാല് അംശങ്ങളിൽ മൂന്ന് എണ്ണം ക്ഷീണ ബലവാഹക കണികളോട് ചേർന്ന് (W+, W-, Z0) അവയ്ക്ക് പിണ്ഡം നൽകുന്നു. പദാർഥ കണികകളാകട്ടെ ഹിഗ്സ് ബോസോണുമായുള്ള (ഏറിയും കുറഞ്ഞും ഉള്ള) സമ്പർക്കത്താൽ പിണ്ഡമുള്ളവയായി മാറുന്നു. (ഹിഗ്‌സിന്റെ പിടിച്ചുവലിയെ മറികടന്നു മാത്രമേ കണികയ്ക്കു വ്യതിചലിക്കുവാനാകൂ - വ്യതിചലന വൈഷമ്യത്തിന്റെ അളവിനെയാണല്ലോ നാം പിണ്ഡം എന്നു വിളിക്കുന്നത്). ഇതാണ് BEH പ്രക്രിയയിൽ സംഭവിക്കുന്നത്.
BEH പ്രക്രിയയുടെ സൂത്രവാക്യങ്ങൾ എഴുതുകയും, അവ സാമാന്യ അനുരൂപത്തിന്റെ ഘടനയോട് എങ്ങിനെ ചേരുന്നു എന്നുള്ളത്, പുതുതായി ചേർത്ത കണികയുടെ (ഇന്നത്തെ ഹിഗ്സ് ബോസോണിന്റെ) പിണ്ഡം എത്ര ആയിരിക്കണം എന്നതു കണക്കു കൂട്ടിയെടുക്കുവാനുള്ള വഴികൾ - തുടങ്ങി അനേകം കാര്യങ്ങൾ ഈ ശാസ്ത്രജ്ഞർ നിർധാരണം ചെയ്തു. ഇതിന് രണ്ടുവർഷം മുമ്പ് ഗേജ് ക്ഷേത്രസിദ്ധാന്തത്തിൽ സ്വതഃ സമതാ ഭഞ്ജനം സംഭവിപ്പിക്കുമ്പോൾ പ്രത്യക്ഷപ്പെുടുന്ന അപിണ്ഡ കണികയും, യാങ് മിൽസ് നോൺ അബീലിയൻ ക്ഷേത്രസിദ്ധാന്തത്തിൽ പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്ന അപിണ്ഡ കണികയും, തങ്ങളിൽ തട്ടിക്കിഴിഞ്ഞുപോയേക്കാം എന്ന് ആൻഡേഴ്‌സൺ എന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞൻ നടത്തിയ അഭ്യൂഹം ഇവിടെ പ്രത്യേകം സ്മരിക്കപ്പെടേണ്ടിയിരിക്കുന്നു.
8 അപിണ്ഡ ഗ്ളുഓണുകൾ (gluons) വഴിയാണ് ഇവിടെ ക്വാർക്കുകൾ തങ്ങളിലുള്ള ഇടപെടലുകൾ. (തങ്ങളിൽ തങ്ങളിലും ഗ്ലുഓണുകൾ ഇടപെടുന്നുണ്ട്). അപിണ്ഡ ബലവാഹക കണികകളായതിനാൽ ശക്തബലം അതിദൂര ബലമാകേണ്ടതല്ലേ? ക്വാർക്കുകൾ തങ്ങളിലുള്ള ബലം, അകലും തോറും അതിശക്തമാവുകയും അടുക്കും തോറും ഇല്ലാതാകുകയും ചെയ്യുന്ന (സീമാ സ്വതന്ത്രത – asymptotic freedom) രീതിയിലായതിനാൽ അപിണ്ഡ കണികകളാണെങ്കിലും (പ്രകാശ വേഗത്തിൽ സഞ്ചരിക്കുന്നവ) ഗ്ലുഓണുകൾ ഹാഡ്രോണുകൾക്കുള്ളിൽ ഒതുങ്ങി നിൽക്കുന്നു. കൂടാതെ ക്വാർക്കുകൾക്ക് സ്വതന്ത്രമായ അസ്തിത്വവും ഇല്ലാതാകുന്നു. ഹാഡ്രോണുകൾ തങ്ങളിലുള്ള ബലം ആകട്ടെ - ശക്തബലത്തിൻറെ പ്രഭവത്താൽ എങ്കിലും - ഫലത്തിൽ, പിണ്ഡമുള്ള ദ്വിക്വാർക്കുകളെ കൈമാറുന്ന വിധത്തിലാകുന്നതിനാൽ ഹ്രസ്വദൂര ബലമായി പ്രത്യക്ഷപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു!
മുന്നോട്ടുനോക്കുമ്പോൾ
ഗുരുത്വാകർഷണ ബലത്തിന്റെ ബലവാഹക കണികയായി ഗ്രാവിറ്റോൺ എന്ന കണിക നമ്മുടെ സങ്കല്പങ്ങളിൽ ഉണ്ടെങ്കിലും ഗുരുത്വാകർഷണബലത്തെ ക്വാണ്ടം പരികല്പനകൾക്കു വഴക്കി എടുക്കുവാൻ ഇനിയും കഴിഞ്ഞിട്ടില്ല. സാമാന്യ അനുരൂപത്തിൽ ന്യൂട്രീനോ എന്ന ലെപ്‌ടോണിനു പിണ്ഡമില്ല. പക്ഷേ, ജ്യോതിശാസ്ത്ര പഠനങ്ങളിൽ നിന്ന് ഇവയ്ക്ക് പിണ്ഡമുള്ളതായിട്ടാണ് നാം മനസ്സിലാക്കുന്നത്. പ്രപഞ്ചത്തിലുള്ള പിണ്ഡോർജത്തിന്റെ 5 ശതമാനം മാത്രമേ ആകുന്നുള്ളൂ നമുക്കു കാണാനാകുന്ന രീതിയിലുള്ള പദാർഥം എന്ന്, ജ്യോതിശാസ്ത്രം വഴിയായി നാം അനുമാനിക്കുന്നു. ശേഷം, എന്ത് എന്ന് നമുക്കറിവില്ലാത്ത, ശ്യാമദ്രവ്യവും (27%) ശ്യാമ ഊർജവും (68%) കൂടി ഉണ്ട് എന്നു കല്പിച്ചാൽ മാത്രമേ ജ്യോതിശാസ്ത്ര നിരീക്ഷണങ്ങളിൽ നിന്ന് നാം നിരൂപിക്കുന്ന പ്രപഞ്ച അനുരൂപമായ മഹാ വിസ്ഫോടന സിദ്ധാന്തവും (Standard Big Bang Model), ഗുരുത്വാകർഷണത്തെ പറ്റിയുള്ള നമ്മുടെ സിദ്ധാന്തവും (സാമാന്യാപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തം - ഐൻസ്റ്റൈൻ) തങ്ങളിൽ ഒത്തുപോവുകയുള്ളൂ. അപ്പോൾ ശ്യാമപിണ്ഡവും ശ്യാമോർജവും എന്തിനാലാണ് സൃഷ്ടിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത്? ഇങ്ങിനെ പുതിയ പ്രഹേളികകളും അവയെപ്പറ്റിയുള്ള അന്വേഷണങ്ങളും നമുക്ക് മുന്നിലുണ്ട്.
നമ്മുടെ മനസ്സിലേക്ക് ഹിഗ്സ് ബോസോൺ വന്ന വഴി, നൊബേൽ സമ്മാനത്താൽ അലങ്കരിക്കപ്പെട്ടവയും അലങ്കാരയോഗ്യങ്ങളായവയും ആയ (മലയാളിയായ ഇ.സി.ജി. സുദർശന്റേതടക്കം) നിരവധി ഉൾക്കാഴ്ചകളാൽ സജ്ജമാക്കപ്പെട്ടതാണ്. ഇവിടെ നിന്ന് മുന്നോട്ടും അങ്ങിനെ തന്നെ ആയിരിക്കും എന്ന് മേൽപറഞ്ഞ സങ്കീർണങ്ങളായ ദുരൂഹതകൾ വ്യക്തമാക്കുന്നു.
കടപ്പാട്:
"The Nobel Prize in Physics 2013 - Advanced Information". Nobelprize.org. Nobel Media AB 2013. Web. 7 Feb 2014. <http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2013/advanced.html>
കോട്ടയം മഹാത്മാ ഗാന്ധി സര്‍വകലാശാലയില്‍ സ്കൂള്‍ ഓഫ് പ്യുവര്‍ ആന്‍ഡ്‌ അപ്ലൈഡ് ഫിസിക്സില്‍ പ്രൊഫസര്‍ ആണ് കെ. ഇന്ദുലേഖ.
