پروٹون میں چارم کوارکس کے بارے میں ایک 40 سال پرانی بحث سی ای آر این اور دیگر سہولیات میں لارج ہیڈرون کولائیڈر (LHC) کے ڈیٹا کے ایک نئے مشین لرننگ تجزیے سے طے ہو سکتی ہے۔ تاہم، تمام ذرہ طبیعیات اس تشخیص سے متفق نہیں ہیں۔
کئی دہائیوں سے، طبیعیات دانوں نے بحث کی ہے کہ آیا پروٹون میں وہ چیز ہوتی ہے جسے اندرونی چارم کوارک کہا جاتا ہے۔ کوانٹم کروموڈینامکس (QCD)، مضبوط جوہری قوت کا نظریہ، ہمیں بتاتا ہے کہ پروٹون دو اپ کوارک اور ایک نیچے کوارک پر مشتمل ہوتے ہیں جو کہ گلوونز کہلانے والے قوت برداروں کے ذریعے آپس میں جڑے ہوتے ہیں۔ لیکن یہ یہ بھی پیشین گوئی کرتا ہے کہ پروٹان، جیسے نیوٹران یا کسی دوسرے ہیڈرون میں، دوسرے کوارک اینٹی کوارک جوڑوں کا ایک میزبان ہوتا ہے۔
ان اضافی ذرات کی بڑی تعداد اس وقت پیدا ہوتی ہے جب پروٹانوں کے درمیان اعلی توانائی کے تصادم کے دوران گلوون تیز ہو جاتے ہیں، بالکل اسی طرح جیسے برقی مقناطیسی نظریہ ہمیں بتاتا ہے کہ جب چارج شدہ ذرات تیز ہو جاتے ہیں تو فوٹان ختم ہو جاتے ہیں۔ لیکن جو بات کم واضح ہے وہ یہ ہے کہ پروٹان اور نیوٹران کے اندر کس حد تک اضافی کوارک ہو سکتے ہیں جس کے ساتھ شروع کیا جائے – نام نہاد اندرونی کوارکس جو کہ ہیڈرونز کے کوانٹم ویو فنکشنز میں حصہ ڈالتے ہیں۔
پروٹون سے بھاری
سائنس دان اندرونی عجیب کوارکس کے وجود پر متفق ہیں، اس لیے کہ عجیب کوارکس کا کمیت پروٹون سے کہیں کم ہوتا ہے۔ تاہم، اندرونی دلکش کوارکس کے وجود اور ممکنہ شراکت کے بارے میں غیر یقینی صورتحال بدستور موجود ہے۔ یہ کوارکس پروٹون سے زیادہ بھاری ہوتے ہیں، لیکن صرف ایک چھوٹی سی مقدار میں – اس امکان کو کھلا چھوڑتے ہیں کہ وہ پروٹون کے بڑے پیمانے پر کافی چھوٹا لیکن اس کے باوجود قابل مشاہدہ جزو فراہم کرتے ہیں۔
جب کہ کچھ محققین نے یہ نتیجہ اخذ کیا ہے کہ دلکش کوارکس پروٹون کی رفتار کا 0.5٪ سے زیادہ نہیں فراہم کر سکتے ہیں دوسروں نے اس کے بجائے پایا ہے کہ 2٪ تک کی شراکت ممکن ہے۔
تازہ ترین کام میں، NNPDF تعاون میلان یونیورسٹی، ایمسٹرڈیم کی فری یونیورسٹی اور ایڈنبرا یونیورسٹی کے طبیعیات دانوں پر مشتمل - کا کہنا ہے کہ اسے "غیر مبہم ثبوت" ملے ہیں کہ اندرونی دلکش کوارکس واقعی موجود ہیں۔ اس نے LHC اور دوسری جگہوں سے تصادم کے اعداد و شمار کے ریمز پر ڈرائنگ کرکے ایسا کیا ہے کہ یہ پہلے کام کرتا تھا جسے پارٹن ڈسٹری بیوشن فنکشنز (PDFs) کہا جاتا ہے، جسے وہ NNPDF4.0 کہتے ہیں۔
نقطہ نما ذرات
پارٹن ایک ہیڈرون کے اندر نقطہ نما ذرات کو بیان کرنے کے لیے ایک عام اصطلاح ہے، جسے رچرڈ فین مین نے 1960 کی دہائی میں پارٹیکل ٹکراؤ کا تجزیہ کرنے کے لیے تجویز کیا تھا اور اب یہ کوارک یا گلوون کے برابر ہے۔ چونکہ پارٹون کی مومینٹم، اسپن اور دیگر خواص کا تعین بہت بڑے کپلنگ کے حالات میں مضبوط قوت سے کیا جاتا ہے، اس لیے ان کی قدروں کا تخمینہ مبہم کیو سی ڈی کے ساتھ ممکنہ اندازوں کا استعمال کرتے ہوئے نہیں لگایا جا سکتا۔ تاہم، ہیڈرون کے تصادم کی حرکیات کا مطالعہ کرنے سے یہ ممکن ہے کہ امکانی تقسیم کو تشکیل دیا جائے جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ ایک پارٹن کے پاس ایک خاص پیمانے پر ہیڈرون کی رفتار کا ایک خاص حصہ ہوگا۔
نئی تحقیق میں چارم کوارک کی پی ڈی ایف کا حساب لگانا اس رفتار پر غور کرنا شامل ہے کہ یہ اور تین ہلکے ترین کوارک - اوپر، نیچے اور عجیب - بکھرنے کے عمل میں ٹکرانے والے پروٹون میں حصہ ڈالتے ہیں۔ اس کے بعد انہوں نے پریشان کن QCD کا استعمال کیا - مضبوط جوڑے کے اظہار کی توسیع میں پہلے دو یا تین اصطلاحات کا استعمال کرتے ہوئے تقریبا مضبوط تعاملات - اس پی ڈی ایف کو صرف ہلکے تین کوارکس سے ریڈی ایٹو اجزاء پر مشتمل ایک میں تبدیل کرنے کے لئے۔ جیسا کہ وہ بتاتے ہیں، چارم کوارک کے اپنے ریڈی ایٹو جزو کو چھین کر یہ نئی پی ڈی ایف صرف اندرونی توجہ پر مشتمل ہوگی۔
پی ڈی ایف کی شکل اور وسعت کے ساتھ تجرباتی ڈیٹا کو بہترین طریقے سے میچ کرنے کے لیے اعصابی نیٹ ورکس کا استعمال کرتے ہوئے، وہ یہ نتیجہ اخذ کرتے ہیں کہ اندرونی دلکش کوارکس یقینی طور پر موجود ہیں۔ اگرچہ وہ اس بات پر کام کرتے ہیں کہ اندرونی دلکشی پروٹون مومینٹم میں 1% سے بھی کم حصہ ڈالتی ہے، لیکن اس سے منسلک پی ڈی ایف مضبوطی سے نظریہ سے توقعات سے مشابہت رکھتا ہے - 0.4 کے قریب مومینٹم فریکشن پر ایک چوٹی (چھوٹے امکانات شامل ہیں جس کا مطلب ہے کہ انضمام ایک چھوٹا سا کل حاصل کرتا ہے) چھوٹے حصوں میں تیزی سے. یہ دوسرے تصادم کے اعداد و شمار سے تیار کردہ PDFs سے بھی قریب سے میل کھاتا ہے - خاص طور پر، LHCb کے تجربے میں Z بوسنز کی پیداوار اور CERN کے یورپی Muon Collaboration (EMC) سے بہت پہلے کے اعداد و شمار کے حالیہ نتائج۔
NNPDF حساب لگاتا ہے کہ صرف اس کے 4.0 تجزیہ کے اعداد و شمار کے ساتھ اندرونی توجہ کے حقیقی ہونے کی شماریاتی اہمیت تقریباً 2.5σ ہے، جب کہ اگر LHCb اور EMC ڈیٹا کو بھی شامل کیا جائے تو اہمیت تقریباً 3σ تک پہنچ جاتی ہے۔ 5σ یا اس سے زیادہ کی شماریاتی اہمیت کو عام طور پر پارٹیکل فزکس میں ایک دریافت سمجھا جاتا ہے۔
"ہمارے نتائج نیوکلیون کی ساخت کی تفہیم میں ایک بنیادی کھلے سوال کو بند کر دیتے ہیں جس پر پچھلے 40 سالوں سے ذرہ اور جوہری طبیعیات دانوں کی طرف سے گرما گرم بحث ہوتی رہی ہے،" یہ تعاون ایک مقالے میں لکھتا ہے۔ فطرت، قدرت اس کی تحقیق کی وضاحت.
نیوٹرینو مشاہدات
محققین کا کہنا ہے کہ وہ CERN کے LHCb اور Electron-Ion Collider (اس وقت امریکہ میں Brookhaven نیشنل لیبارٹری میں بنایا جا رہا ہے) جیسے تجربات میں اندرونی توجہ کے مزید مطالعے کے منتظر ہیں۔ نیوٹرینو دوربینوں کے مشاہدات اس لیے بھی دلچسپی کا باعث ہیں کیونکہ دلکش کوارکس پر مشتمل ذرات زمین کے ماحول میں نیوٹرینو پیدا کرنے کے لیے زوال پذیر ہو سکتے ہیں۔ گروپ کے رکن کے مطابق، یہ پیمائشیں اندرونی توجہ کی شکل اور وسعت کو کم کرنے کے ساتھ ساتھ اندرونی چارم کوارک اور اینٹی کوارک کے درمیان کسی بھی فرق کی جانچ کرنے میں مدد کر سکتی ہیں۔ جوآن روزو ایمسٹرڈیم کی مفت یونیورسٹی کا۔
کچھ کائناتی نیوٹرینو آخر کار کائناتی نہیں ہو سکتے
دیگر ماہرین بھی مزید اعداد و شمار کا خیرمقدم کرتے ہیں لیکن تازہ ترین کام کی اہمیت پر متفق نہیں ہیں۔ اسٹینلے بروڈسکی امریکہ میں SLAC نیشنل ایکسلریٹر لیبارٹری کا کہنا ہے کہ نتیجہ اندرونی توجہ کے لیے "قائل کرنے والے" ثبوت فراہم کرتا ہے۔ البتہ، رمونا ووگٹ لارنس لیورمور نیشنل لیبارٹری، جو امریکہ میں بھی ہے، بتاتی ہے کہ اس کی شماریاتی اہمیت ذرہ طبیعیات میں دریافت کے لیے درکار اہمیت سے کم ہے۔ "یہ نتیجہ ایک قدم آگے ہے لیکن یہ حتمی لفظ نہیں ہے،" وہ کہتی ہیں۔
ویلی میلنٹچوک تھامس جیفرسن نیشنل ایکسلریٹر کی سہولت پر، دوبارہ امریکہ میں، زیادہ نازک ہے۔ حتمی ہونے سے دور، وہ NNPDF کے شواہد کو اس بات پر منحصر سمجھتے ہیں کہ یہ کس طرح اندرونی توجہ کی وضاحت کرتا ہے اور اس سے پریشان کن حساب کتاب کے لیے انتخاب کیا جاتا ہے، یہ دلیل دیتے ہوئے کہ دوسرے گروہوں کی تعریفیں بھی یکساں طور پر درست ہیں۔ وہ برقرار رکھتا ہے کہ پروٹون میں چارم اور اینٹی چارم پی ڈی ایف کے درمیان فرق کا مشاہدہ بہت زیادہ زبردست سگنل ہوگا۔ "ان کے درمیان ایک غیر صفر فرق نظریاتی اسکیموں اور تعریفوں کے انتخاب کے لیے بہت کم حساس ہے،" وہ کہتے ہیں۔
