।।अल्पारंभ: क्षेमकर:।।

–

शोध वास्तवाचा भाग २: God’s Particle

श्रीमद् भगवद्गीता :- अध्याय ९ श्लोक ४

मया ततमिदं सर्वं जगदव्यक्तमूर्तिना।

मत्स्थानि सर्वभूतानि न चाहं तेष्ववस्थितः॥

हे संपूर्ण जग माझ्या अव्यक्तमूर्तिने (अदृश्य रूपाने) व्यापले आहे. सर्व भूत माझ्यामध्ये स्थित आहेत, परंतु मी त्यांच्या मध्ये मर्यादित नाही.

---

शोध वास्तवाचा भाग १ या लेखामध्ये आपण पाहिले की पदार्थाचे ९९% वस्तुमान हे दुसरे काहीही नसून केवळ प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन मधील क्वॉर्क आणि gluons मधे बांधिल असलेली ऊर्जा आहे. आपण ह्या लेखामध्ये उर्वरित १% वस्तुमानाचे गूढ उलगडण्याचा प्रयत्न करणार आहोत.

हे गूढ जाणून घेण्यासाठी आपल्याला सर्वप्रथम मूलभूत कणांच्या (पार्टिकल्सच्या) स्टँडर्ड मॉडलची थोडक्यात ओळख करून घ्यावी लागेल. सध्याच्या भौतिकशास्त्रानुसार, खालील तक्त्यात दाखवल्याप्रमाणे या विश्वात एकूण १७ प्रकारचे मूलभूत कण अस्तित्वात आहेत (आणि त्यांपैकी काहींचे विरुद्ध-कण म्हणजेच अँटी-पार्टिकल्ससुद्धा आहेत).

हे १७ मूलभूत कण तीन मुख्य कुटुंबांत विभागलेले आहेत:

• क्वार्क्स (६ प्रकार) — अप, डाऊन, चार्म, स्ट्रेंज, टॉप, बॉटम. हे जोडीने एकत्र येऊन प्रोटॉन, न्यूट्रॉन आणि अणूचे केंद्रक तयार करतात.
• लेप्टॉन्स (६ प्रकार) — इलेक्ट्रॉन, म्युऑन, टाऊ आणि त्यांचे तीन न्यूट्रिनो. यांपैकी इलेक्ट्रॉनच आपल्याला परिचित आहे — तोच अणूभोवती फिरतो.
• बोसॉन्स (५ प्रकार) — फोटॉन, ग्लूऑन, W, Z आणि हिग्ज. यांपैकी पहिले चार हे निसर्गातल्या चार मूलभूत बलांचे (forces) वाहक आहेत, आणि हिग्ज हा कणांना वस्तुमान देणारा खास कण आहे.

आता क्वांटम फील्ड थिअरीच्या सिद्धांताकडे वळूया. या सिद्धांतानुसार, प्रत्येक मूलभूत कणाशी संलग्न असे एक फील्ड (क्षेत्र) सर्व विश्वात कायमस्वरूपी अस्तित्वात असते. म्हणजेच — इलेक्ट्रॉनसाठी एक “इलेक्ट्रॉन फील्ड”, फोटॉनसाठी “इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्ड”, हिग्जसाठी “हिग्ज फील्ड” — असे एकूण १७ अदृश्य फील्ड्स आपल्या या ब्रह्मांडात सर्वत्र पसरलेले आहेत.

खरंतर हे मूलभूत कण म्हणजे दुसरं काहीच नसून त्यांच्या संबंधित फील्डमधलं केवळ एक स्पंदन किंवा उत्तेजन (excitation) आहे. म्हणजे — आपण ज्याला “इलेक्ट्रॉन” म्हणतो ते मुळात इलेक्ट्रॉन फील्डमध्ये निर्माण झालेली एक छोटीशी, ठराविक मापाची (quantized) लाट आहे. फोटॉन म्हणजे विद्युतचुंबकीय फील्डमधली लाट. हिग्ज म्हणजे हिग्ज फील्डमधली लाट.

याचा एक सुंदर अर्थ असा होतो — या ब्रह्मांडातील असंख्य कण खरे म्हणजे वेगवेगळे, स्वतंत्र अस्तित्व असलेले “गोळे” नाहीत; ते सर्व एकाच सर्वव्यापी फील्डमधून निर्माण झालेली स्पंदने आहेत. विश्वातील सर्व इलेक्ट्रॉन्स एकाच इलेक्ट्रॉन फील्डची वेगवेगळी स्पंदने आहेत — म्हणूनच तर ते सर्व अगदी एकसारखे असतात!

पदार्थाच्या एनर्जी उर्वरित १% वस्तुमानाचे गूढ १९६४ मधे पीटर हिग्स आणि त्याच्या सहकाऱ्यांनी उलगडले. पीटर हिग्स ने इलेक्ट्रॉन फील्ड, फोटॉन फील्ड, क्वार्क फील्ड सारखीच Higg’s field ची संकल्पना मांडली. पीटर हिग्स च्या सिद्धांतानुसार, क्वार्क्स आणि leptons प्रवर्गातील (वरील तक्त्यात ब्राउन आणि हिरव्या रंगात दर्शवलेले मूलभूत पार्टिकल्स) यांची हिग्ज फील्ड सोबत जी अंतर्क्रिया होते तीच पदार्थाच्या उरलेल्या १% वस्तुमानासाठी कारणीभूत आहे.

पीटर हिग्जने १९६४ साली हिग्ज फील्डची संकल्पना मांडली, पण तेव्हाच तिची प्रायोगिक पडताळणी होऊ शकली नाही. ती प्रत्यक्षात होण्यासाठी तब्बल ४८ वर्षे लागली — २०१२ साली शास्त्रज्ञांनी हे फील्ड खरंच अस्तित्वात आहे हे सिद्ध केले. आधुनिक मानवजातीच्या इतिहासातील ही एक अत्यंत महत्त्वाची वैज्ञानिक घटना मानली जाते.

पण मुळात फील्डचं अस्तित्व सिद्ध करायचं तरी कसं?

हे फील्ड्स — मग ते इलेक्ट्रॉन फील्ड असो की हिग्ज फील्ड — सर्वव्यापी असले, तरी ते स्वतः प्रत्यक्षपणे मोजता येत नाहीत. ते अदृश्य असतात. पण त्यांच्यातील स्पंदन (excitation), म्हणजेच त्या फील्डशी संलग्न असलेला मूलभूत कण, मात्र आपण प्रत्यक्ष किंवा अप्रत्यक्षपणे प्रयोगाद्वारे मोजू शकतो.

उदाहरणार्थ — इलेक्ट्रॉन फील्ड आहे हे आपण कसं सिद्ध करतो? तर त्या फील्डची लाट म्हणजेच इलेक्ट्रॉन प्रत्यक्ष शोधून. त्याच न्यायाने, हिग्ज फील्ड अस्तित्वात आहे हे सिद्ध करण्यासाठी शास्त्रज्ञांना हिग्ज बोसॉन हा कण प्रयोगात पकडावा लागला.

मग एवढा वेळ का लागला?

हिग्ज बोसॉन प्रयोगात तयार करायचा तर प्रोटॉनच्या बीम्स एकमेकांवर प्रकाशाच्या गतीच्या ९९.९९…% वेगाने आदळवाव्या लागतात. १९६४ साली अशा प्रचंड ऊर्जेपर्यंत पोचणारं तंत्रज्ञान अस्तित्वातच नव्हतं. अखेर फ्रान्स-स्वित्झर्लंड सीमेवर असलेल्या CERN या संस्थेत २०१० ते २०१३ या काळात शास्त्रज्ञांनी हा प्रचंड प्रयोग केला — प्रोटॉन्सना प्रकाशाच्या गतीच्या ९९.९९९९९१% एवढ्या अकल्पनीय वेगाने एकमेकांवर आदळवलं. आणि २०१२ साली त्यांना अखेर हिग्ज बोसॉन — ज्याला माध्यमं “God’s Particle” म्हणतात — सापडला. त्याच क्षणी, पदार्थाला वस्तुमान देणारी संपूर्ण यंत्रणा (mechanism) खरी आहे यावर शिक्कामोर्तब झालं.

या सगळ्या सिद्धांताचा खरा, सुंदर अर्थ काय?

हे संपूर्ण ब्रह्मांड म्हणजे प्रत्यक्षात सर्वत्र पसरलेल्या अदृश्य फील्ड्सचा एक महासागर आहे. आपण ज्या मूलभूत कणांपासून बनलेलो आहोत — ते सर्व कण म्हणजे या फील्ड्समध्ये निर्माण झालेली स्थानिक स्पंदने (local excitations) आहेत, दुसरं काहीच नाही.

आणि सर्वात आश्चर्यकारक गोष्ट — आपण ज्याला पदार्थाचा सर्वात मूलभूत गुणधर्म समजतो, ते “वस्तुमान” मुळात मूलभूत गुणधर्मच नाहीये! ते केवळ एक प्रभाव आहे — आपल्या कणांची हिग्ज फील्डशी सातत्याने होणाऱ्या अंतर्क्रियेचा (interaction) परिणाम.

म्हणजेच, आधुनिक भौतिकशास्त्र स्पष्टपणे सांगतं — हे विश्व कोणत्याही ठोस “पदार्थापासून” बनलेलं नाही. ते सर्वव्यापी फील्ड्सपासून बनलेलं आहे. आणि आपण? आपण त्या फील्ड्समधलं केवळ एक क्षणिक स्पंदन आहोत — एक उत्तेजन, एक लाट, या ब्रह्मांडरूपी अथांग महासागरातील.

---

श्री. हर्षद बोकील

Harshad is that engineer who gets bored with easy problems. Build lithium-ion batteries? Sure. But he wanted spaceships too—which is why he worked with Sony and a spacetech startup in Japan. After about 5 years there, he came back and started his own company. An IIT Bombay alumnus with a genuine love for physics and astronomy, he’s made a career tackling the hardest stuff in energy, mobility, and space. Now, as Head of R&D at Futran Podcar, he’s still doing exactly that—solving problems everyone else thinks are impossible.