ایک نیا تجربہ نیوکلئس کے سرکردہ نظریہ پر شک پیدا کرتا ہے | کوانٹا میگزین

مضبوط جوہری قوت کی ایک نئی پیمائش، جو پروٹون اور نیوٹران کو ایک ساتھ جوڑتی ہے، ایک غیر آرام دہ سچائی کے پچھلے اشارے کی تصدیق کرتی ہے: ہمارے پاس اب بھی سادہ ترین جوہری نظام کی بھی ٹھوس نظریاتی گرفت نہیں ہے۔

مضبوط جوہری قوت کو جانچنے کے لیے، طبیعیات دان ہیلیم 4 نیوکلئس کی طرف متوجہ ہوئے، جس میں دو پروٹون اور دو نیوٹران ہیں۔ جب ہیلیم نیوکلی پرجوش ہوتے ہیں، تو وہ پھولتے ہوئے غبارے کی طرح بڑھتے ہیں جب تک کہ پروٹون میں سے کوئی ایک نہیں نکل جاتا۔ حیرت کی بات یہ ہے کہ ایک حالیہ تجربے میں، ہیلیم نیوکلی پلان کے مطابق نہیں پھولا: وہ پھٹنے سے پہلے توقع سے زیادہ غبارے سے باہر نکلے۔ اس توسیع کو بیان کرنے والی پیمائش، جسے فارم فیکٹر کہا جاتا ہے، نظریاتی پیشین گوئیوں سے دوگنا بڑا ہے۔

"نظریہ کام کرنا چاہئے،" کہا سونیا باکاجوہانس گٹنبرگ یونیورسٹی آف مینز کے ایک نظریاتی طبیعیات دان اور اس تضاد کو بیان کرنے والے مقالے کے مصنف، جو کہ میں شائع ہوا تھا۔ جسمانی جائزہ لینے کے خطوط. "ہم حیران ہیں۔"

محققین کا کہنا ہے کہ سوجن ہیلیم نیوکلئس نیوکلیئر تھیوری کی جانچ کے لیے ایک قسم کی منی لیبارٹری ہے کیونکہ یہ ایک خوردبین کی طرح ہے - یہ نظریاتی حسابات میں کمی کو بڑھا سکتا ہے۔ طبیعیات دانوں کا خیال ہے کہ اس سوجن میں کچھ خاصیتیں اسے جوہری قوت کے سب سے دھندلے اجزا کے لیے بھی انتہائی حساس بنا دیتی ہیں - عوامل اتنے چھوٹے ہیں کہ انہیں عام طور پر نظر انداز کر دیا جاتا ہے۔ نیوکلئس کتنا پھولتا ہے اس سے بھی مطابقت رکھتا ہے۔ جوہری مادّے کی squishiness، ایک ایسی پراپرٹی جو نیوٹران ستاروں کے پراسرار دلوں کی بصیرت پیش کرتی ہے۔ لیکن نیوٹران ستاروں میں مادے کے کچلنے کی وضاحت کرنے سے پہلے، طبیعیات دانوں کو پہلے یہ معلوم کرنا چاہیے کہ ان کی پیشین گوئیاں اتنی دور کیوں ہیں۔

بیرا وین کولکفرانسیسی نیشنل سینٹر فار سائنٹیفک ریسرچ کے ایک نیوکلیئر تھیوریسٹ نے کہا کہ باکا اور اس کے ساتھیوں نے نیوکلیئر فزکس میں ایک اہم مسئلہ کو بے نقاب کیا ہے۔ انہوں نے کہا، ایک ایسی مثال جہاں جوہری تعاملات کے بارے میں ہماری بہترین تفہیم - ایک فریم ورک جسے چیرل موثر فیلڈ تھیوری کے نام سے جانا جاتا ہے - کم ہو گیا ہے۔

وین کولک نے کہا کہ "یہ منتقلی ان مسائل کو [نظریہ کے ساتھ] بڑھا دیتی ہے جو کہ دیگر حالات میں اتنے متعلقہ نہیں ہیں۔"

مضبوط نیوکلیئر فورس

جوہری نیوکلیون - پروٹون اور نیوٹران - مضبوط قوت کے ذریعہ ایک ساتھ رکھے جاتے ہیں۔ لیکن مضبوط قوت کا نظریہ اس بات کی وضاحت کے لیے تیار نہیں کیا گیا کہ نیوکلیون کس طرح ایک دوسرے کے ساتھ چپکتے ہیں۔ اس کے بجائے، یہ سب سے پہلے اس بات کی وضاحت کے لیے استعمال کیا گیا کہ پروٹون اور نیوٹران کس طرح ابتدائی ذرات سے بنے ہیں جنہیں کوارک اور گلوون کہتے ہیں۔

کئی سالوں تک، طبیعیات دانوں کو سمجھ نہیں آئی کہ پروٹون اور نیوٹران کی چپچپا پن کو سمجھنے کے لیے مضبوط قوت کا استعمال کیسے کیا جائے۔ ایک مسئلہ مضبوط قوت کی عجیب و غریب نوعیت کا تھا - یہ آہستہ آہستہ ختم ہونے کی بجائے بڑھتے ہوئے فاصلے کے ساتھ مضبوط ہوتا جاتا ہے۔ اس خصوصیت نے انہیں حساب کی اپنی معمول کی چالوں کو استعمال کرنے سے روک دیا۔ جب ذرہ طبیعیات دان کسی خاص نظام کو سمجھنا چاہتے ہیں، تو وہ عام طور پر ایک قوت کو زیادہ قابل انتظام تخمینی شراکتوں میں تقسیم کرتے ہیں، ان شراکتوں کو انتہائی اہم سے کم از کم اہم تک ترتیب دیتے ہیں، پھر بس کم اہم شراکت کو نظر انداز کریں. مضبوط طاقت کے ساتھ، وہ ایسا نہیں کر سکتے تھے.

پھر 1990 میں ، سٹیون وینبرگ ملا کوارک اور گلوون کی دنیا کو چپچپا نیوکلی سے جوڑنے کا ایک طریقہ۔ چال ایک موثر فیلڈ تھیوری کا استعمال کرنا تھی - ایک نظریہ جو صرف اتنا ہی مفصل ہے جتنا کہ فطرت کو کسی خاص سائز (یا توانائی) پیمانے پر بیان کرنے کے لیے ضروری ہے۔ نیوکلئس کے رویے کو بیان کرنے کے لیے، آپ کو کوارک اور گلوون کے بارے میں جاننے کی ضرورت نہیں ہے۔ اس کے بجائے، ان پیمانوں پر، ایک نئی موثر قوت ابھرتی ہے - ایک مضبوط جوہری قوت، جو نیوکلیون کے درمیان pions کے تبادلے سے منتقل ہوتی ہے۔

وینبرگ کے کام نے طبیعیات دانوں کو یہ سمجھنے میں مدد کی کہ مضبوط جوہری قوت مضبوط قوت سے کیسے نکلتی ہے۔ اس نے ان کے لیے تخمینی شراکت کے معمول کے طریقہ کار کی بنیاد پر نظریاتی حساب کتاب کرنا بھی ممکن بنایا۔ تھیوری - چیرل موثر تھیوری - کو اب بڑے پیمانے پر "ہمارے پاس بہترین نظریہ" سمجھا جاتا ہے، باکا نے کہا، ان قوتوں کا حساب لگانے کے لیے جو نیوکلی کے رویے پر حکومت کرتی ہیں۔

2013 میں، باکا نے اس مؤثر فیلڈ تھیوری کا استعمال اس بات کا اندازہ لگانے کے لیے کیا کہ ایک پرجوش ہیلیم نیوکلئس کتنا پھولے گا۔ لیکن جب اس نے اپنے حساب کا موازنہ 1970 اور 1980 کی دہائیوں میں کیے گئے تجربات سے کیا تو اس میں کافی فرق پایا گیا۔ اس نے پیمائش کی گئی مقدار سے کم سوجن کی پیش گوئی کی تھی، لیکن تجرباتی ایرر بار اس کے لیے اس بات کا یقین کرنے کے لیے بہت بڑی تھیں۔

غبارے کا مرکز

کسی مسئلے کے اس پہلے اشارے کے بعد، باکا نے مینز میں اپنے ساتھیوں کو دہائیوں پرانے تجربات کو دہرانے کی ترغیب دی - ان کے پاس تیز ترین اوزار تھے اور وہ زیادہ درست پیمائش کر سکتے تھے۔ ان مباحثوں نے ایک نئے تعاون کا باعث بنا: سائمن کیگل اور اس کے ساتھی تجرباتی کام کو اپ ڈیٹ کریں گے، اور اگر باکا اور اس کے ساتھی اسی دلچسپ مماثلت کو سمجھنے کی کوشش کریں گے۔

اپنے تجربے میں، کیگل اور اس کے ساتھیوں نے ٹھنڈے ہیلیم گیس کے ٹینک پر الیکٹرانوں کی بیم کو گولی مار کر مرکزے کو پرجوش کیا۔ اگر ایک الیکٹران ہیلیم نیوکلیئس میں سے کسی ایک کی حدود میں زپ کرتا ہے، تو اس نے اپنی کچھ اضافی توانائی پروٹون اور نیوٹران کو عطیہ کردی ہے، جس کی وجہ سے نیوکلئس پھول جاتا ہے۔ یہ فلائی ہوئی حالت ناگفتہ بہ تھی — نیوکلئس تیزی سے اپنے ایک پروٹان کی گرفت کھو بیٹھا، دو نیوٹرانوں کے علاوہ ایک مفت پروٹون کے ساتھ ایک ہائیڈروجن نیوکلئس میں ڈھل گیا۔

دوسرے جوہری منتقلی کی طرح، صرف ایک مخصوص مقدار میں عطیہ کی گئی توانائی ہی نیوکلئس کو پھولنے دے گی۔ الیکٹران کی رفتار کو مختلف کرکے اور یہ دیکھ کر کہ ہیلیم نے کس طرح ردعمل ظاہر کیا، سائنس دان توسیع کی پیمائش کرسکتے ہیں۔ اس کے بعد ٹیم نے نیوکلئس کے پھیلاؤ میں اس تبدیلی کا موازنہ کیا - فارم فیکٹر - مختلف نظریاتی حسابات کے ساتھ۔ کوئی بھی نظریہ ڈیٹا سے مماثل نہیں ہے۔ لیکن، عجیب بات یہ ہے کہ جو حساب کتاب سب سے قریب آیا اس میں جوہری قوت کا ایک حد سے زیادہ آسان ماڈل استعمال کیا گیا — نہ کہ چیرل ایفیکٹیو فیلڈ تھیوری۔

"یہ بالکل غیر متوقع تھا،" باکا نے کہا۔

دوسرے محققین بھی اتنے ہی پراسرار ہیں۔ "یہ ایک صاف ستھرا تجربہ ہے۔ لہذا میں ڈیٹا پر بھروسہ کرتا ہوں،" کہا لورا ایلیسا مارکوچی، اٹلی میں پیسا یونیورسٹی میں ماہر طبیعیات۔ لیکن، اس نے کہا، تجربہ اور نظریہ ایک دوسرے سے متصادم ہیں، اس لیے ان میں سے ایک غلط ہونا چاہیے۔

قوت میں توازن لانا

دور اندیشی میں، طبیعیات دانوں کے پاس شک کرنے کی کئی وجوہات تھیں کہ یہ سادہ پیمائش جوہری قوتوں کے بارے میں ہماری سمجھ کی حدود کی تحقیقات کرے گی۔

سب سے پہلے، یہ نظام خاص طور پر پریشان کن ہے۔ عارضی طور پر فلایا ہوا ہیلیم نیوکلئس پیدا کرنے کے لیے درکار توانائی - ریاستی محققین مطالعہ کرنا چاہتے ہیں - ایک پروٹون کو نکالنے کے لیے درکار توانائی کے بالکل اوپر اور نیوٹران کے لیے اسی حد سے بالکل نیچے ہے۔ اس سے ہر چیز کا حساب لگانا مشکل ہو جاتا ہے۔

دوسری وجہ وینبرگ کے موثر فیلڈ تھیوری کے ساتھ ہے۔ اس نے کام کیا کیونکہ اس نے طبیعیات دانوں کو مساوات کے کم اہم حصوں کو نظر انداز کرنے کی اجازت دی۔ وان کولک کا دعویٰ ہے کہ کچھ حصے جو کم اہم سمجھے جاتے ہیں اور معمول کے مطابق نظر انداز کیے جاتے ہیں درحقیقت بہت اہم ہیں۔ انہوں نے کہا کہ اس مخصوص ہیلیم پیمائش کے ذریعے فراہم کردہ خوردبین اس بنیادی خامی کو روشن کر رہی ہے۔

"میں زیادہ تنقیدی نہیں ہو سکتا کیونکہ یہ حسابات بہت مشکل ہیں،" انہوں نے مزید کہا۔ "وہ اپنی پوری کوشش کر رہے ہیں۔"

وین کولک سمیت کئی گروپس، باکا کے حسابات کو دہرانے اور یہ معلوم کرنے کا ارادہ رکھتے ہیں کہ کیا غلط ہوا ہے۔ یہ ممکن ہے کہ جوہری قوت کے تخمینے میں صرف مزید اصطلاحات کو شامل کرنا اس کا جواب ہوسکتا ہے۔ دوسری طرف، یہ بھی ممکن ہے کہ یہ غبارے ہیلیئم نیوکلیائی نے جوہری قوت کے بارے میں ہماری سمجھ میں ایک مہلک خامی کو بے نقاب کیا ہو۔

"ہم نے پہیلی کو بے نقاب کیا، لیکن بدقسمتی سے ہم نے اس پہیلی کو حل نہیں کیا،" باکا نے کہا۔ "ابھی تک نہیں."