প্রোটনে অভ্যন্তরীণ চার্ম কোয়ার্ক থাকে, মেশিন-লার্নিং বিশ্লেষণ পরামর্শ দেয়

CERN-এ লার্জ হ্যাড্রন কোলাইডার (LHC) এবং অন্যান্য সুযোগ-সুবিধাগুলির একটি নতুন মেশিন-লার্নিং বিশ্লেষণের মাধ্যমে প্রোটনে চার্ম কোয়ার্ক সম্পর্কে 40 বছরের পুরনো বিতর্কের নিষ্পত্তি করা যেতে পারে। যাইহোক, সমস্ত কণা পদার্থবিজ্ঞান এই মূল্যায়নের সাথে একমত নয়।

কয়েক দশক ধরে, পদার্থবিদরা বিতর্ক করেছেন যে প্রোটনগুলি অন্তর্নিহিত কবজ কোয়ার্ক নামে পরিচিত। কোয়ান্টাম ক্রোমোডাইনামিক্স (QCD), শক্তিশালী পারমাণবিক বলের তত্ত্ব, আমাদের বলে যে প্রোটন দুটি আপ কোয়ার্ক এবং একটি ডাউন কোয়ার্ক নিয়ে গঠিত যা গ্লুয়ন নামক বল বাহক দ্বারা একসাথে আবদ্ধ থাকে। কিন্তু এটিও ভবিষ্যদ্বাণী করে যে প্রোটন, নিউট্রন বা অন্য কোনো হ্যাড্রনের মতো, অন্যান্য কোয়ার্ক-বিরোধী কোয়ার্ক জোড়ার একটি হোস্ট ধারণ করে।

প্রোটনের মধ্যে উচ্চ-শক্তির সংঘর্ষের সময় যখন গ্লুয়নগুলি ত্বরান্বিত হয় তখন এই অতিরিক্ত কণাগুলির একটি বড় সংখ্যা উত্পন্ন হয় বলে জানা যায়, ঠিক যেমন ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তত্ত্ব আমাদের বলে যে চার্জযুক্ত কণাগুলি ত্বরান্বিত হলে ফোটনগুলি বন্ধ হয়ে যায়। কিন্তু যা কম স্পষ্ট তা হল প্রোটন এবং নিউট্রনের মধ্যে অতিরিক্ত কোয়ার্ক কতটা শুরু হতে পারে – তথাকথিত অভ্যন্তরীণ কোয়ার্ক যা হ্যাড্রনের কোয়ান্টাম তরঙ্গ ফাংশনে অবদান রাখে।

প্রোটনের চেয়ে ভারী

বিজ্ঞানীরা অভ্যন্তরীণ অদ্ভুত কোয়ার্কের অস্তিত্ব সম্পর্কে একমত, এই কারণে যে অদ্ভুত কোয়ার্কের ভর প্রোটনের তুলনায় অনেক কম। যাইহোক, অন্তর্নিহিত কবজ কোয়ার্কের অস্তিত্ব এবং সম্ভাব্য অবদান সম্পর্কে অনিশ্চয়তা অব্যাহত রয়েছে। এই কোয়ার্কগুলি প্রোটনের চেয়ে ভারী, তবে অল্প পরিমাণে - সম্ভাবনাকে উন্মুক্ত করে দেয় যে তারা একটি প্রোটনের ভরকে একটি মোটামুটি ছোট কিন্তু তবুও পর্যবেক্ষণযোগ্য উপাদান সরবরাহ করে।

যদিও কিছু গবেষক উপসংহারে পৌঁছেছেন যে মোহনীয় কোয়ার্কগুলি প্রোটনের গতিবেগের 0.5% এর বেশি দিতে পারে না অন্যরা এর পরিবর্তে 2% পর্যন্ত অবদান রাখতে পেরেছে।

সর্বশেষ কাজে, দ NNPDF সহযোগিতা মিলান ইউনিভার্সিটি, ফ্রি ইউনিভার্সিটি অফ আমস্টারডাম এবং এডিনবার্গ ইউনিভার্সিটির পদার্থবিদদের সমন্বয়ে গঠিত - বলে যে এটি "দ্ব্যর্থহীন প্রমাণ" পেয়েছে যে অভ্যন্তরীণ কবজ কোয়ার্ক আসলেই বিদ্যমান। এটি এলএইচসি এবং অন্য কোথাও থেকে সংঘর্ষের ডেটার রিমের উপর অঙ্কন করে এটি করেছে যে এটি পূর্বে পার্টন ডিস্ট্রিবিউশন ফাংশন (পিডিএফ) হিসাবে পরিচিত, যাকে তারা NNPDF4.0 বলে পরিচিত তা বের করত।

বিন্দুর মতো কণা

পার্টন একটি সাধারণ শব্দ যা হ্যাড্রনের মধ্যে বিন্দু-সদৃশ কণাকে বর্ণনা করার জন্য, 1960 সালে রিচার্ড ফাইনম্যান কণার সংঘর্ষ বিশ্লেষণ করার জন্য প্রস্তাব করেছিলেন এবং এখন এটি একটি কোয়ার্ক বা গ্লুওনের সমতুল্য। যেহেতু পার্টনগুলির ভরবেগ, স্পিন এবং অন্যান্য বৈশিষ্ট্যগুলি খুব বড় সংযোগের শর্তে শক্তিশালী বল দ্বারা নির্ধারিত হয়, তাই তাদের মানগুলি বিভ্রান্তিকর QCD এর সাথে সম্ভাব্য অনুমান ব্যবহার করে গণনা করা যায় না। যাইহোক, হ্যাড্রনের সংঘর্ষের গতিবিদ্যা অধ্যয়ন করে সম্ভাব্যতা বণ্টন তৈরি করা সম্ভব যা দেখায় যে একটি পার্টনের একটি নির্দিষ্ট স্কেলে হ্যাড্রনের ভরবেগের একটি নির্দিষ্ট ভগ্নাংশ থাকবে।

নতুন গবেষণায় মোমেন্টাম কোয়ার্কের পিডিএফ গণনা করা জড়িত যে এটি এবং তিনটি হালকা কোয়ার্ক - উপরে, নিচে এবং অদ্ভুত - বিক্ষিপ্তকরণ প্রক্রিয়াতে একটি সংঘর্ষকারী প্রোটনে অবদান রাখে। তারপরে তারা বিভ্রান্তিকর QCD ব্যবহার করেছিল - শক্তিশালী কাপলিং এক্সপ্রেশনের সম্প্রসারণে প্রথম দুই বা তিনটি পদ ব্যবহার করে আনুমানিক শক্তিশালী মিথস্ক্রিয়া - এই PDFটিকে শুধুমাত্র সবচেয়ে হালকা তিনটি কোয়ার্ক থেকে বিকিরণকারী উপাদানগুলির সমন্বয়ে একটিতে রূপান্তর করতে। যেমন তারা নির্দেশ করে, চার্ম কোয়ার্কের নিজস্ব তেজস্ক্রিয় উপাদানটি ছিনিয়ে নিয়ে এই নতুন PDF শুধুমাত্র অন্তর্নিহিত কবজ নিয়ে গঠিত হবে।

পিডিএফ-এর আকৃতি এবং মাত্রার সাথে পরীক্ষামূলক ডেটার সাথে সর্বোত্তম মেলানোর জন্য নিউরাল নেটওয়ার্ক ব্যবহার করে, তারা এই উপসংহারে পৌঁছেছে যে অন্তর্নিহিত চর্ম কোয়ার্কগুলি অবশ্যই বিদ্যমান। যদিও তারা কাজ করে যে অভ্যন্তরীণ কবজ প্রোটন ভরবেগের 1% এরও কম অবদান রাখে, এর সাথে যুক্ত PDF দৃঢ়ভাবে তত্ত্ব থেকে প্রত্যাশিত অনুরূপ - প্রায় 0.4 এর একটি ভরবেগের ভগ্নাংশে একটি শীর্ষ (ক্ষুদ্র সম্ভাব্যতা জড়িত মানে একীকরণের ফলে একটি ছোট মোট ফলন হয়) ছোট ভগ্নাংশে দ্রুত। এটি অন্যান্য সংঘর্ষের ডেটা থেকে তৈরি করা PDFগুলির সাথেও ঘনিষ্ঠভাবে মেলে - বিশেষ করে, সাম্প্রতিক ফলাফলগুলি LHCb পরীক্ষায় জেড বোসন উৎপাদন এবং CERN এর ইউরোপীয় মুওন সহযোগিতা (EMC) থেকে অনেক আগের ডেটা।

NNPDF গণনা করে যে শুধুমাত্র তার 4.0 বিশ্লেষণ থেকে পাওয়া তথ্যের সাহায্যে অভ্যন্তরীণ চার্ম বাস্তব হওয়ার পরিসংখ্যানগত তাত্পর্য প্রায় 2.5σ, যখন LHCb এবং EMC ডেটাও অন্তর্ভুক্ত করা হলে তাত্পর্য প্রায় 3σ-এ বেড়ে যায়। 5σ বা তার বেশি একটি পরিসংখ্যানগত তাত্পর্য সাধারণত কণা পদার্থবিদ্যায় একটি আবিষ্কার হিসাবে বিবেচিত হয়।

"আমাদের অনুসন্ধানগুলি নিউক্লিয়ন কাঠামোর বোঝার ক্ষেত্রে একটি মৌলিক উন্মুক্ত প্রশ্ন বন্ধ করে যা গত 40 বছর ধরে কণা এবং পারমাণবিক পদার্থবিদদের দ্বারা উত্তপ্তভাবে বিতর্কিত হয়েছে," সহযোগিতা একটি গবেষণাপত্রে লিখেছেন প্রকৃতি তার গবেষণার বর্ণনা।

নিউট্রিনো পর্যবেক্ষণ

গবেষকরা বলছেন যে তারা CERN-এর LHCb এবং ইলেক্ট্রন-আয়ন কোলাইডার (বর্তমানে মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের ব্রুকহেভেন ন্যাশনাল ল্যাবরেটরিতে নির্মিত) এর মতো পরীক্ষাগুলিতে অন্তর্নিহিত আকর্ষণের আরও গবেষণার জন্য উন্মুখ। নিউট্রিনো টেলিস্কোপগুলিতে পর্যবেক্ষণগুলিও আগ্রহের বিষয় কারণ আকর্ষণীয় কোয়ার্কযুক্ত কণাগুলি পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলে নিউট্রিনো তৈরি করতে ক্ষয় হতে পারে। এই পরিমাপগুলি অভ্যন্তরীণ আকর্ষণের আকৃতি এবং বিশালতাকে পিন করতে সাহায্য করতে পারে, সেইসাথে অভ্যন্তরীণ কবজ কোয়ার্ক এবং অ্যান্টিকোয়ার্কের মধ্যে যে কোনও পার্থক্য অনুসন্ধান করতে পারে,” গ্রুপ সদস্যের মতে জুয়ান রোজো আমস্টারডামের ফ্রি ইউনিভার্সিটির।

অন্যান্য বিশেষজ্ঞরাও আরও তথ্যকে স্বাগত জানান কিন্তু সর্বশেষ কাজের গুরুত্ব নিয়ে দ্বিমত পোষণ করেন। স্ট্যানলি ব্রডস্কি মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের SLAC ন্যাশনাল অ্যাক্সিলারেটর ল্যাবরেটরিতে বলা হয়েছে যে ফলাফলটি অন্তর্নিহিত কবজের জন্য "প্রত্যয়ী" প্রমাণ সরবরাহ করে। যাহোক, রামোনা ভোগট লরেন্স লিভারমোর ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি, এছাড়াও মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে, নির্দেশ করে যে এর পরিসংখ্যানগত তাত্পর্য কণা পদার্থবিদ্যায় আবিষ্কারের জন্য প্রয়োজনীয়তার চেয়ে কম। "এই ফলাফলটি একটি ধাপ এগিয়ে তবে এটি চূড়ান্ত শব্দ নয়," সে বলে৷

ওয়ালি মেলনিটচৌক থমাস জেফারসন ন্যাশনাল এক্সিলারেটর ফ্যাসিলিটিতে, আবার মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে, আরও জটিল। সুনির্দিষ্ট হওয়া থেকে দূরে, তিনি এনএনপিডিএফ-এর প্রমাণগুলিকে প্রাসঙ্গিক হিসাবে বিবেচনা করেন যে এটি কীভাবে অন্তর্নিহিত কবজকে সংজ্ঞায়িত করে এবং বিভ্রান্তিকর গণনার জন্য এটি যে পছন্দগুলি তৈরি করে, যুক্তি দেয় যে অন্যান্য গোষ্ঠীর সংজ্ঞাগুলি যেগুলি প্রমাণ খুঁজে পায়নি তারা সমানভাবে বৈধ। তিনি বজায় রেখেছেন যে প্রোটনে কমনীয়তা এবং অ্যান্টি-চার্ম পিডিএফের মধ্যে পার্থক্যের পর্যবেক্ষণ হবে আরও বেশি বাধ্যতামূলক সংকেত। "এগুলির মধ্যে একটি অ-শূন্য পার্থক্য তাত্ত্বিক স্কিম এবং সংজ্ঞাগুলির পছন্দগুলির জন্য খুব কম সংবেদনশীল," তিনি বলেছেন।