ന്യൂട്രിനോ പഠനത്തിനു നൊബേല്‍

പണ്ടൊക്കെ പ്രാഥമിക കണങ്ങള്‍ എന്നു പറയുമ്പോള്‍ പ്രോട്ടോണ്‍, ഇലക്ട്രോണ്‍, ന്യൂട്രോണ്‍ എന്നിവയാണ് മനസ്സില്‍ വരുക. അക്കാലമെല്ലാം കടന്നുപോയി. പ്രാഥമിക കണങ്ങള്‍ തന്നെ അനേകമാണ് ഇപ്പോള്‍. ആധുനിക മാനകമാതൃകയനുസരിച്ച് 12 ഇനം പ്രാഥമിക ഫെര്‍മിയോണുകളും അവ ഓരോന്നിന്റെയും പ്രതികണങ്ങളും പ്രാഥമിക ബലങ്ങള്‍ക്കു മധ്യസ്ഥത വഹിക്കുന്ന നാലു ബോസോണുകളും അടുത്ത കാലത്തു കണ്ടുപിടിച്ച ദൈവകണം എന്ന പേരില്‍ അറിയപ്പെട്ട ഹിഗ്‌സ് ബോസോണും ഉള്‍പ്പെടും. ഫെര്‍മിയോണുകളുടെ കൂട്ടത്തില്‍ ആറിനം ക്വാര്‍ക്കുകളും 12 ഇനം ലെപ്‌റ്റോണുകളും കൂടാതെ ഇവയില്‍ മൂന്നോ അഞ്ചോ തുടങ്ങി ഒറ്റ സംഖ്യയിലുള്ള കണങ്ങള്‍ കൂടിച്ചേര്‍ന്നുണ്ടാകുന്ന സമ്മിശ്രമായ കണങ്ങളും ഉള്‍പ്പെടും. പിന്നെ, വ്യക്തമാകാത്ത ചില പ്രാഥമിക കണങ്ങളും ഉണ്ടെന്നു കരുതപ്പെടുന്നു.
എന്നാല്‍, മാനകമാതൃകയില്‍ സങ്കല്‍പിക്കാത്ത ചില കണങ്ങള്‍ കൂടി ഉണ്ടാവണമെന്നു കരുതുന്നവരുണ്ട്. അത്തരം കണത്തിന് ഉദാഹരണമാണ് ഗുരുത്വാകര്‍ഷണബലത്തിനു മധ്യസ്ഥത വഹിക്കുന്ന ഗ്രാവിറ്റോണ്‍. അതേസമയം, മാനകമാതൃക തികച്ചും അടിസ്ഥാനപരമല്ല എന്നും തല്‍ക്കാലം ഉപയോഗിക്കാന്‍ മാത്രമുള്ളതാണെന്നും കരുതുന്നവരുമുണ്ട്. ഇതിനുള്ള ഒരു കാരണം ഈ മാതൃക ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തത്തോട് യോജിക്കുന്നതാണെന്ന് ഇതുവരെ തെളിഞ്ഞിട്ടില്ല എന്നതാണ്.
ന്യൂട്രിനോയുടെ കണ്ടുപിടിത്തം തന്നെ രസാവഹമാണ്. ബീറ്റാ ഡീകേ എന്ന പേരില്‍ അറിയപ്പെടുന്ന ന്യൂക്ലിയര്‍ പ്രവര്‍ത്തനത്തില്‍ പരമാണുവില്‍ നിന്ന് ഇലക്ട്രോണും ഗാമാ വികിരണവും പുറത്തുവരുന്നത് കണ്ടിരുന്നു. പക്ഷേ, അവിടെ കണ്ട ഒരു പ്രശ്‌നം, അവശേഷിക്കുന്ന കണങ്ങളുടെ ആക്കം ശരിയാകുന്നില്ല എന്നതാണ്. അതായത്, ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിന്റെ അടിസ്ഥാന നിയമമനുസരിച്ച് ഒരു പ്രതിപ്രവര്‍ത്തനത്തില്‍ പങ്കെടുക്കുന്ന കണങ്ങളുടെ ആരംഭത്തിലെ ആകെ ആക്കം അവസാനത്തിലും ഉണ്ടാകണം. ഇതിനു സംരക്ഷണനിയമം എന്നാണ് പറയുക.
ഇത്തരം ചില സംരക്ഷണനിയമങ്ങളാണ് ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിന്റെ തന്നെ അടിസ്ഥാനം. അതായത്, രണ്ടു കണങ്ങള്‍ പ്രതിപ്രവര്‍ത്തിക്കുകയാണെങ്കില്‍ രണ്ടിന്റെയും ആക്കം കൂട്ടുമ്പോള്‍ എത്ര വരുന്നോ, പ്രതിപ്രവര്‍ത്തനം കഴിയുമ്പോള്‍ അവശേഷിക്കുന്ന കണങ്ങളുടെ ആക്കം കൂട്ടുമ്പോള്‍ ഇത്രതന്നെ വരണം. അതില്‍ കൂടാനും കുറയാനും പാടില്ല. ഇവിടെ അതു കണ്ടില്ല എന്നതായിരുന്നു പ്രശ്‌നം. ആരംഭത്തില്‍ ഉണ്ടായിരുന്ന ആകെ ആക്കത്തേക്കാള്‍ കുറവായിരുന്നു അവസാനം കണ്ടത്. ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിന്റെ അടിസ്ഥാന തത്ത്വങ്ങള്‍ ഇവിടെ ലംഘിക്കപ്പെടുന്നുണ്ടോ എന്നുപോലും ചില ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ സംശയിച്ചു.
ഈ പ്രശ്‌നത്തിനു പരിഹാരമായി 1929ല്‍ ഡാനിഷ് ശാസ്ത്രജ്ഞനായ നീല്‍സ് ബോര്‍ (1885-1962) ഒരു അഭിപ്രായം മുന്നോട്ടുവച്ചിരുന്നു. സംരക്ഷണ നിയമത്തിന് ഒരു സാംഖിക സ്വഭാവം നല്‍കുകയായിരുന്നു അദ്ദേഹത്തിന്റെ പരിഹാര നിര്‍ദേശം. അതിനു വിരുദ്ധമായി വൊള്‍ഫ്ഗാങ് പോളി (1900-1958) എന്ന ഓസ്ട്രിയന്‍-സ്വിസ് ശാസ്ത്രജ്ഞന്‍ മുന്നോട്ടുവച്ച പരിഹാരമായിരുന്നു പുതിയൊരു കണത്തിന്റെ സാന്നിധ്യം. അദ്ദേഹം അതിനെ ന്യൂട്രോണ്‍ എന്നാണ് വിളിച്ചത്. വൈദ്യുത ചാര്‍ജില്ലാത്ത കണമായതിനാലാണ് അദ്ദേഹം അങ്ങനെ പേരിട്ടത്. എന്നാല്‍, 1932ല്‍ ഇംഗ്ലീഷ് ശാസ്ത്രജ്ഞനായ ജെയിംസ് ചാഡ്‌വിക് (1891-1974) കുറേക്കൂടി ഭാരം കൂടിയതും ചാര്‍ജില്ലാത്തതുമായ മറ്റൊരു കണം കണ്ടുപിടിച്ചു. അതിനെയും ന്യൂട്രോണ്‍ എന്നാണ് അദ്ദേഹം വിളിച്ചത്. ഈ കണ്‍ഫ്യൂഷന്‍ മാറ്റിയത് ഇറ്റാലിയന്‍ ശാസ്ത്രജ്ഞനായ എന്റികോ ഫെര്‍മിയാണ് (1901-1954). 1932ലെ ഒരു പാരിസ് സമ്മേളനത്തിലും പിന്നീട് 1933ലെ സോള്‍വേ സമ്മേളനത്തിലും വച്ച് 'ചാര്‍ജില്ലാത്ത കുഞ്ഞുകണം' എന്ന അര്‍ഥം വരാനായി ഇറ്റാലിയന്‍ ഭാഷയില്‍ 'ന്യൂട്രിനോ' എന്ന പേര് അദ്ദേഹം സൃഷ്ടിച്ച്, ബീറ്റാ ഡീകേയില്‍ ഉണ്ടെന്ന് പോളി അഭിപ്രായപ്പെട്ട പുതിയ കണത്തിനു നല്‍കുകയും അതങ്ങ് സ്ഥാപിതമാവുകയും ചെയ്തു. ന്യൂട്രിനോകള്‍ക്ക് പിണ്ഡമില്ലെന്നാണ് കരുതപ്പെട്ടിരുന്നത്. പ്രകാശത്തിന്റെ കണമായ ഫോട്ടോണിനോടൊപ്പം പിണ്ഡമില്ലാത്ത കണമായി ന്യൂട്രിനോ നിലകൊണ്ടു.
തന്റെ ആശയങ്ങളും പോളിയുടെയും ചാഡ്‌വിക്കിന്റെയും പുതിയ കണങ്ങളുടെ ആശയങ്ങളും, ന്യൂട്രോണും പ്രോട്ടോണും തമ്മിലുള്ള ബന്ധത്തെക്കുറിച്ച് ക്വാണ്ടം ബലതന്ത്രത്തിന്റെ സ്ഥാപകരില്‍ ഒരാളായ ജര്‍മന്‍ ശാസ്ത്രജ്ഞന്‍ വെര്‍ണര്‍ ഹൈസന്‍ബര്‍ഗിന്റെ (1901-1976) ആശയങ്ങളും ചേര്‍ത്ത് ഫെര്‍മി ഒരു പ്രബന്ധം രചിച്ചു. എന്നാല്‍, ഇതു പ്രസിദ്ധീകരിക്കാന്‍ പ്രശസ്ത ശാസ്ത്ര ഗവേഷണ വാരികയായ നേച്വര്‍ വിസമ്മതിച്ചു. അദ്ദേഹം അതൊരു ഇറ്റാലിയന്‍ പ്രസിദ്ധീകരണത്തിനു സമര്‍പ്പിക്കുകയും അതു സ്വീകരിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്തു. തന്റെ ആശയത്തിനു കാര്യമായ പിന്തുണ ലഭിക്കാത്തതിനെ തുടര്‍ന്ന് സൈദ്ധാന്തിക മണ്ഡലം വിട്ട് പരീക്ഷണങ്ങളിലേക്കു കടക്കാന്‍ ഫെര്‍മി തീരുമാനിച്ചു.
എന്നാല്‍, ന്യൂട്രിനോ എന്ന ആശയം അംഗീകരിക്കപ്പെടുകയും ക്രമേണ അതു കണ്ടെത്താനുള്ള ശ്രമങ്ങള്‍ ആരംഭിക്കുകയും ചെയ്തു. ഒടുവില്‍ 1956 ജൂലൈ 20ലെ സയന്‍സ് എന്ന ശാസ്ത്ര ഗവേഷണ വാരികയില്‍ ന്യൂട്രിനോ കണ്ടെത്തിയതായി റിപോര്‍ട്ട് ചെയ്യപ്പെട്ടു.
ന്യൂട്രിനോകള്‍ പല വിധമുണ്ട്. ഇലക്ട്രോണുകള്‍ പങ്കെടുക്കുകയോ ഉല്‍പാദിപ്പിക്കപ്പെടുകയോ ചെയ്യുന്ന പ്രക്രിയകളില്‍ ഉണ്ടാകുന്നവ ഇലക്ട്രോണ്‍ ന്യൂട്രിനോകളാണ്. അതുപോലെ മ്യൂവോണുകളോ ടൗ കണങ്ങളോ പങ്കെടുക്കുകയോ ഉല്‍പാദിപ്പിക്കപ്പെടുകയോ ചെയ്യുന്ന പ്രക്രിയകളില്‍ ഉണ്ടാവുന്നത് ടൗ ന്യൂട്രിനോകളുമാവും. സൂര്യനുള്ളില്‍ നടക്കുന്ന പ്രക്രിയ നാലു പ്രോട്ടോണുകള്‍ ചേര്‍ന്ന് ഒരു ഹീലിയം പരമാണുകേന്ദ്രം (അഥവാ ആല്‍ഫാ കണം) ഉണ്ടാകുന്നതാണ്.
ഇതിന്റെ ഭാഗമായി ഒരു പ്രോട്ടോണ്‍ ഒരു ന്യൂട്രോണും ഒരു ഇലക്ട്രോണുമായി മാറുന്നുണ്ട്. ഈ പ്രക്രിയയില്‍ ഒരു ഇലക്ട്രോണ്‍ ന്യൂട്രിനോ ഉല്‍പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു. ഇപ്രകാരം 37നു ശേഷം 38 പൂജ്യമിട്ടാല്‍ കിട്ടുന്ന സംഖ്യ പ്രോട്ടോണുകള്‍ ആല്‍ഫാ കണങ്ങളായി മാറുന്നുവെന്നാണ് കണക്കാക്കിയിരിക്കുന്നത്. ഇതിലൂടെ അനേകം ന്യൂട്രിനോകള്‍ ഉണ്ടാകേണ്ടതാണ്. ഓരോ സെക്കന്‍ഡിലും 20നു ശേഷം 37 പൂജ്യമിട്ടാല്‍ കിട്ടുന്നത്ര ന്യൂട്രിനോകള്‍ സൂര്യന്‍ ഉല്‍പാദിപ്പിക്കുന്നുണ്ടെന്നാണ് കണക്ക്. അവയെല്ലാം ഇലക്ട്രോണ്‍ ന്യൂട്രിനോകളുമാകേണ്ടതാണ്. എന്നാല്‍, സൂര്യനില്‍ നിന്നു വരുന്ന ന്യൂട്രിനോകളെ കണ്ടെത്താനായി ഭൂമിയില്‍ നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങളൊന്നും ഇത്ര വളരെ ന്യൂട്രിനോകളെ കണ്ടെത്തിയില്ല. വളരെ കുറച്ചെണ്ണം മാത്രമേ കണ്ടുള്ളൂ. ഇതു വളരെ കാലം ഒരു പ്രശ്‌നമായി നിലനിന്നു. എവിടെപ്പോയി ഈ ന്യൂട്രിനോകളെല്ലാം? ആര് അടിച്ചുമാറ്റി?
ആ പ്രശ്‌നത്തിനു പരിഹാരമായത് ന്യൂട്രിനോ ചാഞ്ചാട്ടം എന്ന പ്രക്രിയ മനസ്സിലായപ്പോഴാണ്. ഇതിലേക്കു നയിച്ച ആദ്യത്തെ പരീക്ഷണം 1960കളുടെ ഒടുവില്‍ റെയ്മണ്ട് ഡേവിസും (1914-2006) ജോണ്‍ ബാക്കോളും (1934-2005) ചേര്‍ന്നു നടത്തിയ ഹോംസ്‌റ്റേക് പരീക്ഷണം എന്ന പേരില്‍ അറിയപ്പെട്ട ഒന്നാണ്. സൂര്യനില്‍ നടക്കുന്ന പരമാണുകേന്ദ്ര സംയോജനപ്രക്രിയ പുറത്തേക്കു വിടുന്ന ന്യൂട്രിനോകളെ നിരീക്ഷിക്കുക എന്നതായിരുന്നു പരീക്ഷണത്തിന്റെ ഉദ്ദേശ്യം.
എന്നാല്‍, ബാക്കോള്‍ കണക്കുകൂട്ടിയതിന്റെ മൂന്നിലൊന്നു ന്യൂട്രിനോകളെ മാത്രമാണ് പരീക്ഷണത്തില്‍ കാണാന്‍ കഴിഞ്ഞത്. ന്യൂട്രിനോകളെ ആദ്യമായി നിരീക്ഷിച്ച പരീക്ഷണമായിരുന്നു ഇത്. പിന്നീട് നടത്തിയ പല പരീക്ഷണങ്ങളും സൗരന്യൂട്രിനോയുടെ എണ്ണത്തിലെ കുറവു സ്ഥിരീകരിച്ചു. ഇതു സംഭവിക്കുന്നത് ന്യൂട്രിനോകളുടെ ചാഞ്ചാട്ടം മൂലമാണെന്നു സൂചനകളുണ്ടായിരുന്നു. ഭൂമിയിലെ പരീക്ഷണ സംവിധാനങ്ങള്‍ ഇലക്ട്രോണ്‍ ന്യൂട്രിനോകളെ നിരീക്ഷിക്കാനായിരുന്നു രൂപകല്‍പന ചെയ്തത്. എന്നാല്‍, സൗരന്യൂട്രിനോകള്‍ സൂര്യനില്‍ നിന്നു ഭൂമിയിലേക്ക് എത്തുന്നതിനിടെ മ്യൂവോണ്‍ ന്യൂട്രിനോകളും ടൗ ന്യൂട്രിനോകളുമായും മറിച്ചും മാറുന്നു എന്നതാണ് ചാഞ്ചാട്ടം എന്നതുകൊണ്ട് ഉദ്ദേശിക്കുന്നത്. ഇങ്ങനെ സംഭവിക്കുന്നതുകൊണ്ട് എല്ലാ ന്യൂട്രിനോകളെയും കെണ്ടത്താന്‍ പരീക്ഷണ സംവിധാനത്തിനാവില്ല.
1957ല്‍ ബ്രൂണോ പോണ്ടെകോര്‍വോ (1913-1993) എന്ന ഇറ്റാലിയന്‍ ശാസ്ത്രജ്ഞനാണ് ഈ സാധ്യത ആദ്യമായി മുന്നോട്ടുവച്ചത്. തുടര്‍ന്ന് പല പരീക്ഷണങ്ങളില്‍ അതിനുള്ള തെളിവുകള്‍ ലഭിച്ചു. അതില്‍ പ്രമുഖമായവ രണ്ടാണ്. തകാകി കജിതയുടെ (ജനനം 1959) ജപ്പാനിലെ ഹിഡ നഗരത്തിനു സമീപമുള്ള ഇകനൊയാമ കൊടുമുടിക്കു താഴെയുള്ള സൂപ്പര്‍-കമിയൊകാണ്ടെ എന്ന പേരില്‍ അറിയപ്പെടുന്ന സൂപ്പര്‍-കമിയോകാ ന്യൂട്രിനോ കണ്ടുപിടിക്കല്‍ പരീക്ഷണകേന്ദ്രത്തിലും ആര്‍തര്‍ മക്‌ഡൊണാള്‍ഡ് എന്ന കനേഡിയന്‍ ശാസ്ത്രജ്ഞന്റെ നേതൃത്വത്തില്‍ കാനഡയിലെ ഒണ്‍ടേറിയോയിലെ സഡ്ബറി ന്യൂട്രിനോ നിരീക്ഷണകേന്ദ്രത്തില്‍ വച്ചു നടന്നവയാണ്.
ന്യൂട്രിനോകള്‍ സഞ്ചരിക്കുന്നതിനിടയില്‍ ഒരുതരത്തില്‍ നിന്നു മറ്റൊരു തരത്തിലേക്കു മാറുന്നുണ്ടെന്നു തെളിഞ്ഞു. സൈദ്ധാന്തികമായി ഇതു സൂചിപ്പിക്കുന്നത് ന്യൂട്രിനോകള്‍ക്കു നേരിയ പിണ്ഡമെങ്കിലും ഉണ്ടെന്നാണ്. അവയുടെ എണ്ണം കണക്കാക്കുമ്പോള്‍ നേരിയ പിണ്ഡം പോലും പ്രധാനമായിത്തീരുന്നു. പ്രപഞ്ചത്തെ മനസ്സിലാക്കുന്നതിലെ ഒരു സുപ്രധാന പടിയായി ഈ കണ്ടുപിടിത്തം കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു.

(ഈ ലേഖനം ക്രിയേറ്റീവ് കോമണ്‍സ് ലൈസന്‍സില്‍
പ്രസിദ്ധീകരിച്ചിരിക്കുന്നു.)