ইলেক্ট্রন এত গোলাকার যে এটি সম্ভাব্য নতুন কণাকে বাতিল করছে

একটি ইলেকট্রনকে নেতিবাচক চার্জের একটি গোলাকার মেঘ হিসাবে কল্পনা করুন। যদি সেই বলটি এতটা কম গোলাকার হয়, তাহলে এটি আমাদের পদার্থবিজ্ঞানের বোঝার মৌলিক ফাঁকগুলি ব্যাখ্যা করতে সাহায্য করতে পারে, কেন মহাবিশ্বে কিছুই নেই বরং কিছু রয়েছে।

বাজির পরিপ্রেক্ষিতে, পদার্থবিদদের একটি ছোট সম্প্রদায় গত কয়েক দশক ধরে ইলেক্ট্রনের আকারে কোনও অসামঞ্জস্যের জন্য কঠোরভাবে শিকার করছে। পরীক্ষাগুলি এখন এতই সংবেদনশীল যে যদি একটি ইলেকট্রন পৃথিবীর আকার হয়, তবে তারা উত্তর মেরুতে একটি চিনির অণুর উচ্চতা সনাক্ত করতে পারে।

সর্বশেষ ফলাফল হল: ইলেকট্রন তার চেয়ে গোলাকার।

হালনাগাদ পরিমাপ নতুন পদার্থবিজ্ঞানের চিহ্নের জন্য আশাবাদী যে কেউ হতাশ করে। তবে এটি এখনও তাত্ত্বিকদের তাদের মডেলগুলিকে সীমাবদ্ধ করতে সহায়তা করে যে অজানা কণা এবং শক্তিগুলি বর্তমান চিত্র থেকে অনুপস্থিত হতে পারে।

"আমি নিশ্চিত যে সব সময় শূন্য পরিমাপকারী পরীক্ষাবাদী হওয়া কঠিন, [কিন্তু] এই পরীক্ষার একটি শূন্য ফলাফলও সত্যিই মূল্যবান এবং সত্যিই আমাদের কিছু শেখায়," বলেন পিটার গ্রাহাম, স্ট্যানফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন তাত্ত্বিক পদার্থবিদ। নতুন গবেষণাটি "একটি প্রযুক্তিগত ট্যুর ডি ফোর্স এবং নতুন পদার্থবিদ্যার জন্য খুবই গুরুত্বপূর্ণ।"

শিকারী হাতি

সার্জারির কণা পদার্থবিদ্যার আদর্শ মডেল মহাবিশ্বের চিড়িয়াখানায় বিদ্যমান সমস্ত কণার মধ্যে আমাদের সেরা তালিকা। গত কয়েক দশক ধরে পরীক্ষামূলক পরীক্ষায় এই তত্ত্বটি অসাধারণভাবে ধরে রেখেছে, তবে এটি কিছু গুরুতর "ঘরে হাতি" রেখে গেছে দিমিত্রি বুডকার, ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন পদার্থবিদ, বার্কলে।

একটি জিনিসের জন্য, আমাদের নিছক অস্তিত্ব প্রমাণ যে স্ট্যান্ডার্ড মডেলটি অসম্পূর্ণ, যেহেতু তত্ত্ব অনুসারে, বিগ ব্যাং এর সমান অংশ পদার্থ এবং প্রতিপদার্থ তৈরি করা উচিত ছিল যা একে অপরকে ধ্বংস করবে।

1967 সালে, সোভিয়েত পদার্থবিদ আন্দ্রেই সাখারভ একটি প্রস্তাব করেছিলেন সম্ভাব্য সমাধান এই বিশেষ সমস্যায় তিনি অনুমান করেছিলেন যে প্রকৃতিতে অবশ্যই এমন কিছু মাইক্রোস্কোপিক প্রক্রিয়া রয়েছে যা বিপরীতে ভিন্ন দেখায়; এইভাবে, পদার্থ প্রতিপদার্থের উপর আধিপত্য বিস্তার করতে পারে। কয়েক বছর আগে, পদার্থবিদদের ছিল আবিষ্কৃত কাওন কণার ক্ষয় এমন একটি দৃশ্য। কিন্তু এটি একাই অসমতা ব্যাখ্যা করার জন্য যথেষ্ট ছিল না।

তখন থেকেই, পদার্থবিদরা নতুন কণার ইঙ্গিত খুঁজে বের করার জন্য অনুসন্ধানে রয়েছেন যা স্কেলকে আরও টিপ দিতে পারে। কেউ কেউ সরাসরি তা করে, লার্জ হ্যাড্রন কোলাইডার ব্যবহার করে - প্রায়শই এটি তৈরি করা সবচেয়ে জটিল মেশিন হিসাবে চিহ্নিত করা হয়। কিন্তু গত কয়েক দশক ধরে, একটি তুলনামূলকভাবে কম বাজেটের বিকল্প আবির্ভূত হয়েছে: অনুমানমূলক কণাগুলি পরিচিত কণার বৈশিষ্ট্যগুলিকে কীভাবে পরিবর্তন করবে তা দেখছেন। "আপনি [নতুন পদার্থবিজ্ঞানের] পায়ের ছাপ দেখেছেন, কিন্তু আপনি আসলে সেই জিনিসটি দেখতে পাচ্ছেন না যা তাদের তৈরি করেছে," বলেন মাইকেল রামসে-মুসলফ, ম্যাসাচুসেটস বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন তাত্ত্বিক পদার্থবিদ, আমহার্স্ট।

ইলেক্ট্রনের বৃত্তাকারে এমন একটি সম্ভাব্য পদচিহ্ন প্রদর্শিত হতে পারে। কোয়ান্টাম মেকানিক্স নির্দেশ করে যে ইলেক্ট্রনের নেতিবাচক চার্জের মেঘের ভিতরে, অন্যান্য কণাগুলি ক্রমাগতভাবে চকচকে হয়ে অস্তিত্বের ভিতরে এবং বাইরে থাকে। স্ট্যান্ডার্ড মডেলের বাইরে কিছু "ভার্চুয়াল" কণার উপস্থিতি - যে ধরনের পদার্থের আদিম শ্রেষ্ঠত্ব ব্যাখ্যা করতে সাহায্য করতে পারে - ইলেক্ট্রনের মেঘকে আরও কিছুটা ডিম আকৃতির দেখাবে। একটি ডগায় একটু বেশি ধনাত্মক চার্জ থাকবে, অন্যটি একটু বেশি ঋণাত্মক, একটি বারের চুম্বকের প্রান্তের মতো। এই চার্জ বিচ্ছেদকে বৈদ্যুতিক ডাইপোল মোমেন্ট (EDM) বলা হয়।

স্ট্যান্ডার্ড মডেল ইলেক্ট্রনের জন্য একটি অদৃশ্য হয়ে যাওয়া ক্ষুদ্র EDM-এর পূর্বাভাস দেয় - বর্তমান কৌশলগুলি যা অনুসন্ধান করতে পারে তার থেকে প্রায় এক মিলিয়ন গুণ ছোট। তাই যদি গবেষকরা আজকের পরীক্ষাগুলি ব্যবহার করে একটি আয়তাকার আকৃতি সনাক্ত করতে চান, তবে এটি নতুন পদার্থবিজ্ঞানের নির্দিষ্ট চিহ্ন প্রকাশ করবে এবং স্ট্যান্ডার্ড মডেলটি কী অনুপস্থিত হতে পারে তার দিকে নির্দেশ করবে।

ইলেক্ট্রনের ইডিএম অনুসন্ধান করার জন্য, বিজ্ঞানীরা কণার স্পিন-এ পরিবর্তনের সন্ধান করেন, এটি একটি অভ্যন্তরীণ সম্পত্তি যা এর অভিযোজন সংজ্ঞায়িত করে। ইলেক্ট্রনের স্পিন চৌম্বক ক্ষেত্র দ্বারা সহজেই ঘোরানো যায়, এর চৌম্বকীয় মুহূর্তটি এক ধরণের হাতল হিসাবে কাজ করে। এই ট্যাবলেটপ পরীক্ষাগুলির লক্ষ্য হল বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রগুলি ব্যবহার করে স্পিন ঘোরানোর চেষ্টা করা, ইডিএম একটি বৈদ্যুতিক হ্যান্ডেল হিসাবে।

"যদি ইলেক্ট্রন পুরোপুরি গোলাকার হয়, তবে টর্ক প্রয়োগ করার জন্য এটিকে ধরতে কোন হ্যান্ডেল নেই," বলেন অমর ভুথা, টরন্টো বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন পদার্থবিদ। কিন্তু যদি একটি বড় ইডিএম থাকে, তবে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র ইলেক্ট্রনের স্পিনকে টাগ করতে এটি ব্যবহার করবে।

2011 সালে, ইম্পেরিয়াল কলেজ লন্ডনের গবেষকরা দেখিয়েছেন যে তারা একটি ভারী অণুতে ইলেকট্রনকে নোঙ্গর করে এই হ্যান্ডেল প্রভাবকে বাড়িয়ে তুলতে পারে। তারপর থেকে, দুটি প্রধান দল ক্রমবর্ধমান সুনির্দিষ্ট পরিমাপের সাথে প্রতি কয়েক বছরে একে অপরকে লাফিয়ে উঠছে।

একটি পরীক্ষা, এখন নর্থওয়েস্টার্ন ইউনিভার্সিটিতে, অ্যাডভান্সড কোল্ড মলিকিউল ইলেকট্রন ইডিএম, বা ACME (পুরানো থেকে অনুপ্রাণিত একটি ব্যাকরোনিম) নামে যায় রোড রানার কার্টুন)। অন্যটি কলোরাডো বিশ্ববিদ্যালয়ের JILA ইনস্টিটিউটে অবস্থিত। প্রতিযোগী দলগুলির পরিমাপ গত দশকে 200 এর ফ্যাক্টর দ্বারা সংবেদনশীলতায় লাফিয়েছে — এখনও কোন EDM দেখা যায়নি।

"এটি এক ধরণের দৌড়, ব্যতীত আমাদের কোন ধারণা নেই যে ফিনিশ লাইনটি কোথায়, বা একটি ফিনিশ লাইন আছে কিনা, এমনকি," বলেছেন ডেভিড ডেমিল, শিকাগো বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন পদার্থবিদ এবং ACME গ্রুপের একজন নেতা।

অজানা একটি দৌড়

ট্রেকিংকে এগিয়ে রাখার জন্য, গবেষকরা দুটি জিনিস চান: আরও পরিমাপ এবং একটি দীর্ঘ পরিমাপের সময়। দুই দল বিপরীত পন্থা নেয়।

ACME গ্রুপ, যা সেট পূর্ববর্তী রেকর্ড 2018 সালে, পরিমাপের পরিমাণকে অগ্রাধিকার দেয়। তারা ল্যাব জুড়ে নিরপেক্ষ অণুর একটি রশ্মি শুট করে, প্রতি সেকেন্ডে তাদের কয়েক মিলিয়ন পরীক্ষা করে, তবে প্রতিটি কয়েক মিলিসেকেন্ডের জন্য। JILA গ্রুপ কম অণু পরিমাপ করে, কিন্তু দীর্ঘ সময়ের জন্য: তারা একবারে কয়েকশ অণুকে আটকে রাখে, তারপর তিন সেকেন্ড পর্যন্ত তাদের পরিমাপ করে।

আয়ন-ট্র্যাপিং কৌশল, প্রথম দ্বারা উন্নত এরিক কর্নেল, কলোরাডো বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন পদার্থবিজ্ঞানী, বোল্ডার যিনি JILA গ্রুপ পরিচালনা করেন, "একটি বড় ধারণাগত অগ্রগতি ছিল," ডেমিল বলেছেন। “মাঠের অনেক লোক ভেবেছিল এটি বাদাম ছিল। এটি ফলপ্রসূ হতে দেখা সত্যিই উত্তেজনাপূর্ণ।"

দুটি স্বতন্ত্র পরীক্ষামূলক সেটআপ থাকা যা একে অপরকে ক্রস-চেক করতে পারে "একেবারে গুরুত্বপূর্ণ," বুডকার বলেছিলেন। “আমার এই চতুরতা এবং অধ্যবসায়ের প্রশংসা করার মতো শব্দ নেই। এটি সেখানে সেরা বিজ্ঞান।"

কর্নেলের কৌশল ছিল প্রথম শোকেস 2017 সালে হাফনিয়াম ফ্লোরাইড অণু সহ। তারপর থেকে, প্রযুক্তিগত উন্নতি গোষ্ঠীটিকে ACME-এর রেকর্ডকে 2.4 ফ্যাক্টর ছাড়িয়ে যেতে দিয়েছে, যেমনটি একটিতে বর্ণিত হয়েছে। সাম্প্রতিক প্রিপ্রিন্ট কর্নেলের প্রাক্তন স্নাতক ছাত্র তানিয়া রুসির নেতৃত্বে। দলটি মন্তব্য করতে অস্বীকৃতি জানায় যখন তাদের কাগজ পর্যালোচনা করা হচ্ছে বিজ্ঞান.

বর্ধিত নির্ভুলতার সাথে ইলেক্ট্রনের গোলাকারতা পরীক্ষা করা উচ্চ শক্তির স্কেলে নতুন পদার্থবিদ্যার সন্ধান করা বা ভারী কণার লক্ষণগুলির সন্ধান করার সমান। এই নতুন সীমাটি মোটামুটি 10 ​​এর উপরে শক্তির প্রতি সংবেদনশীল¹³ ইলেকট্রন-ভোল্ট - LHC বর্তমানে যা পরীক্ষা করতে পারে তার চেয়ে বেশি মাত্রার অর্ডার। কয়েক দশক আগে, বেশিরভাগ তাত্ত্বিক আশা করেছিলেন যে এই স্কেলের নীচে উল্লেখযোগ্যভাবে নতুন কণার ইঙ্গিত আবিষ্কৃত হবে। প্রতিবার বার বাড়ার সাথে সাথে কিছু ধারণা অসম্মানিত হয়।

"এই সীমাগুলি যা বোঝায় তা নিয়ে আমাদের কুস্তি চালিয়ে যেতে হবে," রামসে-মুসলফ বলেছিলেন। "এখনও কিছুই মারা যায়নি, তবে এটি উত্তাপ বাড়িয়ে তুলছে।"

ইতিমধ্যে, ইলেক্ট্রন EDM সম্প্রদায় এগিয়ে যাচ্ছে। ভবিষ্যতের পরীক্ষামূলক পুনরাবৃত্তিতে, দ্বৈত দলগুলি মাঝখানে কোথাও দেখা করার লক্ষ্য রাখে: JILA টিম তাদের সংখ্যা বাড়ানোর জন্য আয়ন পূর্ণ একটি মরীচি তৈরি করার পরিকল্পনা করেছে, এবং ACME দল তাদের পরিমাপের সময় বাড়ানোর জন্য তাদের বিমের দৈর্ঘ্য প্রসারিত করতে চায়। ভুথা এমনকি "কিছু সম্পূর্ণ পাগল" পন্থা নিয়ে কাজ করছে, যেমন বরফের ব্লকে জমাট বেঁধে দেওয়া অণুগুলি, সংবেদনশীলতায় বেশ কয়েকটি মাত্রায় লাফ দেওয়ার আশায়।

স্বপ্ন হল যে এই EDM পরীক্ষাগুলি নতুন পদার্থবিজ্ঞানের লক্ষণগুলি সনাক্ত করতে প্রথম হবে, যা অন্যান্য নির্ভুলতা পরিমাপ পরীক্ষা এবং বৃহত্তর কণার সংঘর্ষ থেকে ফলো-আপ তদন্তের একটি তরঙ্গ প্ররোচিত করবে।

ইলেক্ট্রনের আকৃতি হল "এমন কিছু যা আমাদেরকে প্রকৃতির মৌলিক নিয়মের সম্পূর্ণ নতুন এবং বিভিন্ন অংশ সম্পর্কে শিক্ষা দেয়," গ্রাহাম বলেছিলেন। “একটি বিশাল আবিষ্কার ঘটতে অপেক্ষা করছে। আমি আশাবাদী যে আমরা সেখানে পৌঁছতে পারব।”