भौतिक विज्ञानी लौरा मारिनी क्रायोजेनिक अंडरग्राउंड ऑब्जर्वेटरी फॉर रेयर इवेंट्स (CUORE) के समन्वयक और साइट मैनेजर हैं। एक अंतरराष्ट्रीय सहयोग द्वारा संचालित, प्रयोग नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ न्यूक्लियर फिजिक्स के ग्रैन सासो नेशनल लेबोरेटरी में इटली के अब्रूज़ो क्षेत्र में एक पहाड़ के नीचे स्थित है। मारिनी ने 2018 में जेनोआ विश्वविद्यालय से भौतिकी में पीएचडी प्राप्त की और फिर कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले में पोस्टडॉक किया। उसने अपनी पीएचडी के दौरान क्यूओआर पर काम करना शुरू किया और आज वह इटली के ग्रैन सैसो साइंस इंस्टीट्यूट और ग्रैन सासो लैब से संबद्ध है। मारिनी ने रिचर्ड ब्लास्टीन से CUORE में अपनी भूमिका और न्यूट्रिनो मेजराना कण हैं या नहीं, इसकी चल रही जांच में प्रयोग के हालिया मील के पत्थर के बारे में बात की।
क्या आप CUORE में अपनी दोहरी भूमिका का वर्णन कर सकते हैं?
अभी, मैं इस वर्तमान प्रयोग के लिए समन्वयक और CUORE के लिए साइट प्रबंधक हूं। रन समन्वयक के रूप में, मैं यह सुनिश्चित करता हूं कि प्रयोग बिना रुके चलता रहे। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि हम अत्यंत दुर्लभ घटनाओं की तलाश कर रहे हैं, इसलिए हम बिना रुके यथासंभव लंबे समय तक डेटा लेना चाहते हैं। मैं प्रयोग के क्रायोजेनिक भाग और डेटा संग्रह भाग दोनों पर काम करता हूँ। मैं प्रयोग में पृष्ठभूमि शोर के स्तर को कम करने पर भी काम करता हूं - जो कि दुर्लभ घटनाओं की तलाश करते समय भी महत्वपूर्ण है।
मेरी साइट मैनेजर की भूमिका रन को-ऑर्डिनेटर की तुलना में थोड़ी व्यापक है। मैं प्रयोग और ग्रैन सैसो नेशनल लेबोरेटरी के बीच इंटरफेस को संभालता हूं, ऑनसाइट गतिविधियों का समन्वय करता हूं और सभी प्रणालियों और उप प्रणालियों के रखरखाव को व्यवस्थित करता हूं।
क्या आप CUORE का वर्णन कर सकते हैं और यह क्या मापना चाह रहा है?
CUORE भौतिकी में दुर्लभ घटनाओं की तलाश करता है और इसे विशेष रूप से न्यूट्रिनोलेस डबल बीटा क्षय की खोज के लिए डिज़ाइन किया गया था। यह प्रक्रिया तब होने की उम्मीद है यदि न्यूट्रिनो अपने स्वयं के विरोधी कण हैं - अर्थात, यदि वे मेजराना कण हैं। इस प्रश्न का उत्तर देना महत्वपूर्ण है क्योंकि यदि न्यूट्रिनो को मेजराना कण साबित किया जाता है, तो कण भौतिकी के मानक मॉडल के भीतर न्यूट्रिनो का द्रव्यमान इतना छोटा क्यों है, इसका रहस्य सुलझ जाएगा।
हम आइसोटोप टेल्यूरियम-130 में न्यूट्रिनोलेस डबल बीटा क्षय की खोज करते हैं क्योंकि यह सामान्य डबल बीटा क्षय से गुजरने के लिए जाना जाता है और इसकी उच्च प्राकृतिक बहुतायत है। CUORE में 184 टेल्यूरियम डाइऑक्साइड क्रिस्टल हैं जो एक बड़े क्रायोस्टेट के अंदर 10 mK के पास रखे जाते हैं। क्रायोस्टैट तरल हीलियम का उपयोग नहीं करता है, बल्कि इसमें पांच पल्स ट्यूब क्रायोकूलर हैं।
प्रयोग को बहुत कम तापमान पर रखा जाना चाहिए क्योंकि हम क्षय के कारण होने वाले क्रिस्टल के भीतर तापमान में मामूली वृद्धि का पता लगाकर न्यूट्रिनोलेस डबल बीटा क्षय की खोज करते हैं। CUORE से पहले, केवल एक छोटी प्रायोगिक मात्रा और द्रव्यमान को ठंडा किया जा सकता था, लेकिन हमने आधार तापमान पर 1.5 टन सामग्री को ठंडा करके इसे बहुत बढ़ा दिया है। CUORE का एक अन्य लाभ यह है कि प्रयोग में बहुत अच्छा ऊर्जा विभेदन है और यह एक बहुत व्यापक ऊर्जा सीमा पर संचालित होता है - जिससे क्षय की घटनाओं की पहचान करने में मदद मिलनी चाहिए।
डेटा के "टन-वर्ष" प्राप्त करने की CUORE की हाल की उपलब्धि का क्या महत्व है?
टन-ईयर का तात्पर्य टेल्यूरियम ऑक्साइड के द्रव्यमान से है, जिसकी निगरानी उस समय की लंबाई से गुणा की जाती है, जब प्रयोग ने डेटा एकत्र किया था। द्रव्यमान 741 किलोग्राम है और 2017 और 2020 के बीच किए गए रनों में डेटा प्राप्त किया गया था। पूरे द्रव्यमान का उपयोग करके प्रत्येक रन शामिल नहीं था, लेकिन सभी एक साथ एक टन-वर्ष के डेटा एकत्र किए गए थे
इसके दो महत्वपूर्ण पहलू हैं। पहला, यह पहली बार है कि इतने बड़े द्रव्यमान को किसी क्रायोस्टेट में ठंडा किया गया है। दूसरा, क्योंकि हम इतने लंबे समय तक प्रयोग चलाने में सक्षम थे, हमने दिखाया है कि क्रायोजेनिक कैलोरीमीटर न्यूट्रिनोलेस डबल बीटा क्षय की खोज करने का एक व्यवहार्य तरीका है।
इस टन-वर्ष के आंकड़ों ने आपको और आपके सहयोगियों को क्या बताया?
स्पष्ट होने के लिए, हमें मेजराना कण नहीं मिले हैं। इसके बजाय, हम न्यूट्रिनोलेस डबल बीटा क्षय के आधे जीवन पर कम सीमा निर्धारित करने में सक्षम हुए हैं। अब हम जानते हैं कि अर्ध-आयु 2.2×10 से अधिक है25 वर्षों। हम इसका निष्कर्ष निकाल सकते हैं क्योंकि यदि आधा जीवन छोटा होता, तो हम CUORE में कम से कम एक या अधिक घटनाओं को देखने की अपेक्षा करते।
क्या भौतिकी के अन्य क्षेत्रों का पता लगाने के लिए CUORE का उपयोग किया जा सकता है?
हाँ। CUORE को दुर्लभ घटनाओं की खोज के लिए डिज़ाइन किया गया है और इसलिए इसमें डार्क मैटर देखने की क्षमता है। डार्क मैटर के कणों की CUORE की डिटेक्टर सामग्री के साथ बहुत कम ही बातचीत करने की उम्मीद है और इसमें बहुत कम मात्रा में ऊर्जा की रिहाई शामिल होगी। इसलिए, डार्क मैटर की खोज को प्रयोग के बड़े द्रव्यमान और लंबे समय तक चलने से लाभ होगा। एक डार्क मैटर खोज में डिटेक्टर में एक और ऊर्जा क्षेत्र की खोज शामिल होगी और उस संभावना को देखते हुए CUORE सहयोग के भीतर भौतिकविदों के समूह हैं।
क्या क्यूओआर के क्रायोजेनिक मील का पत्थर क्वांटम कंप्यूटिंग पर कुछ असर डालता है?
मैं क्वांटम कंप्यूटिंग का विशेषज्ञ नहीं हूं, लेकिन आम तौर पर, ठोस अवस्था वाले उपकरण जो क्वांटम जानकारी को संसाधित करते हैं, उन्हें लंबे क्वांटम सुसंगतता समय की आवश्यकता होती है। हम जानते हैं कि ऊष्मा और ब्रह्मांडीय विकिरण दोनों ही क्वांटम सुसंगतता समय को कम करते हैं। उन्नत क्रायोजेनिक्स के साथ भूमिगत प्रयोग चलाने से इन नकारात्मक प्रभावों से सुरक्षा मिलती है। जबकि CUORE के टेल्यूरियम डाइऑक्साइड क्रिस्टल का उपयोग क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए नहीं किया जा सकता है, तथ्य यह है कि हमने एक बहुत बड़े क्रायोस्टेट के साथ भूमिगत इतना लंबा प्रायोगिक रन हासिल किया है और स्वच्छ सामग्री क्वांटम प्रौद्योगिकियों के विकास के लिए संभावित रूप से बहुत उपयोगी हो सकती है।
CUORE सहयोग के लिए भविष्य क्या लाएगा?
CUORE 2024 तक चलेगा और हम पहले से ही कण पहचान - या CUPID के साथ CUORE अपग्रेड पर काम कर रहे हैं। हम CUORE के वर्तमान टेल्यूरियम डाइऑक्साइड क्रिस्टल को लिथियम मोलिब्डेट क्रिस्टल से बदल देंगे। जब न्यूट्रिनोलेस डबल बीटा क्षय में उत्पन्न कण लिथियम मोलिब्डेट के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, तो वे गर्मी और प्रकाश दोनों उत्पन्न करते हैं। गर्मी के साथ-साथ इस प्रकाश का पता लगाया जाएगा, और गर्मी-से-प्रकाश का अनुपात हमें ऐसे कणों से जुड़ी पृष्ठभूमि की घटनाओं को अस्वीकार करने की अनुमति देगा जो न्यूट्रिनोलेस डबल बीटा क्षय द्वारा उत्पादित नहीं होते हैं। प्रयोग की क्रायोजेनिक संरचना को भी उन्नत किया जाएगा।
