নিউট্রিনো অসিলেশন এক্সপেরিমেন্টের মাধ্যমে মহাবিশ্বের ম্যাটার-অ্যান্টিম্যাটার অ্যাসিমেট্রির রহস্য উন্মোচন করা

T2K, একটি দীর্ঘ-বেসলাইন নিউট্রিো জাপানে দোলন পরীক্ষা, সম্প্রতি একটি পর্যবেক্ষণ রিপোর্ট করেছে যেখানে তারা মৌলিক শারীরিক বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে পার্থক্যের একটি শক্তিশালী প্রমাণ সনাক্ত করেছে নিউট্রিনো এবং সংশ্লিষ্ট অ্যান্টিম্যাটার কাউন্টারপার্ট, অ্যান্টি-নিউট্রিনো। এই পর্যবেক্ষণটি বিজ্ঞানের সবচেয়ে বড় রহস্যগুলির একটি ব্যাখ্যা করার ইঙ্গিত দেয় - এর আধিপত্যের ব্যাখ্যা ব্যাপার মধ্যে বিশ্ব প্রতিপদার্থের উপরে, এবং এইভাবে আমাদের অস্তিত্ব।

সার্জারির ব্যাপার-এর অ্যান্টিম্যাটার অ্যাসিমেট্রি বিশ্ব

কসমোলজির তত্ত্ব অনুসারে, বিগ-ব্যাং-এর সময় বিকিরণ থেকে কণা এবং তাদের প্রতিকণা জোড়ায় জোড়ায় তৈরি হয়েছিল। অ্যান্টিকণা হল অ্যান্টিম্যাটার যেগুলোর ভৌত বৈশিষ্ট্য প্রায় একই রকম ব্যাপার বৈদ্যুতিক চার্জ এবং চৌম্বকীয় বৈশিষ্ট্যগুলি ব্যতীত যা বিপরীত হয়। তবে বিশ্ব বিদ্যমান এবং শুধুমাত্র পদার্থ দ্বারা গঠিত ইঙ্গিত দেয় যে বিগ-ব্যাং চলাকালীন কিছু পদার্থ-অ্যান্টিমেটার প্রতিসাম্য ভেঙে গিয়েছিল, যার কারণে জোড়াগুলি আবার বিকিরণ তৈরি করে সম্পূর্ণরূপে ধ্বংস করতে পারেনি। পদার্থবিদরা এখনও CP-প্রতিসাম্য লঙ্ঘনের স্বাক্ষর খুঁজছেন, যার ফলে প্রথম দিকে ভগ্ন পদার্থ-অ্যান্টিম্যাটার প্রতিসাম্য ব্যাখ্যা করা যায়। বিশ্ব.

CP-প্রতিসাম্য হল দুটি ভিন্ন প্রতিসাম্যের গুণফল – চার্জ-সংযোজন (C) এবং প্যারিটি-রিভার্সাল (P)। চার্জ-সংযোজন C যখন একটি চার্জযুক্ত কণার উপর প্রয়োগ করা হয় তখন তার চার্জের চিহ্ন পরিবর্তন করে, তাই একটি ধনাত্মক চার্জযুক্ত কণা ঋণাত্মক চার্জযুক্ত এবং বিপরীতে পরিণত হয়। নিরপেক্ষ কণাগুলি C-এর ক্রিয়ায় অপরিবর্তিত থাকে। প্যারিটি-রিভার্সাল প্রতিসাম্য এটি যে কণাটির উপর কাজ করছে তার স্থানিক স্থানাঙ্কগুলিকে বিপরীত করে – তাই একটি ডান হাতের কণা বাম-হাতে হয়ে যায়, যেমনটি আয়নার সামনে দাঁড়ালে ঘটে। অবশেষে, যখন CP একটি ডান-হাতে ঋণাত্মক চার্জযুক্ত কণার উপর কাজ করে, তখন এটি একটি বাম-হাতে ধনাত্মক চার্জযুক্ত কণাতে রূপান্তরিত হয়, যা হল প্রতিকণা। এভাবে ব্যাপার এবং প্রতিপদ CP-প্রতিসাম্যের মাধ্যমে একে অপরের সাথে সম্পর্কিত। অত: পর্যবেক্ষিত উৎপন্ন করার জন্য CP অবশ্যই লঙ্ঘন করা হয়েছে বস্তু-অ্যান্টিমেটার অ্যাসিমেট্রি, যা প্রথম 1967 সালে সাখারভ দ্বারা নির্দেশিত হয়েছিল (1)।

যেহেতু মহাকর্ষীয়, ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক এবং শক্তিশালী মিথস্ক্রিয়াগুলি CP-প্রতিসাম্যের অধীনে অপরিবর্তনীয়, তাই প্রকৃতিতে CP-লঙ্ঘন অনুসন্ধান করার একমাত্র জায়গা হল কোয়ার্ক এবং/অথবা লেপটনের ক্ষেত্রে, যেগুলি দুর্বল মিথস্ক্রিয়া দ্বারা যোগাযোগ করে। এখন পর্যন্ত, কোয়ার্ক-সেক্টরে পরীক্ষামূলকভাবে সিপি-ভায়োলেশন পরিমাপ করা হয়েছে, তবে, এটির আনুমানিক অসমতা তৈরি করার জন্য এটি খুবই ছোট। বিশ্ব. তাই লেপটন-সেক্টরে সিপি-লঙ্ঘন বোঝা পদার্থবিদদের জন্য বিশেষ আগ্রহের বিষয় যে এর অস্তিত্ব বোঝার জন্য বিশ্ব. লেপটন-সেক্টরে সিপি-লঙ্ঘনকে লেপ্টোজেনেসিস (2) নামক একটি প্রক্রিয়ার মাধ্যমে পদার্থ-অ্যান্টিমেটারের অসাম্য ব্যাখ্যা করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।

কেন নিউট্রিনো গুরুত্বপূর্ণ?

নিউট্রিনো শূন্য বৈদ্যুতিক চার্জ সহ প্রকৃতির ক্ষুদ্রতম, বিশাল কণা। বৈদ্যুতিকভাবে নিরপেক্ষ হওয়া, নিউট্রিনো ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক মিথস্ক্রিয়া থাকতে পারে না এবং তাদের শক্তিশালী মিথস্ক্রিয়াও নেই। নিউট্রিনোর 0.1 eV (~ 2 × 10- ক্রমানুসারে ক্ষুদ্র ভর রয়েছে³⁷kg), তাই মহাকর্ষীয় মিথস্ক্রিয়াও খুব দুর্বল। একমাত্র পথ নিউট্রিনো স্বল্প-পরিসরের দুর্বল মিথস্ক্রিয়া মাধ্যমে অন্যান্য কণার সাথে যোগাযোগ করতে পারে।

এই দুর্বলভাবে ইন্টারঅ্যাক্টিং সম্পত্তি নিউট্রিনোযাইহোক, তাদের দূরবর্তী জ্যোতির্পদার্থ বিষয়ক অধ্যয়ন করার জন্য একটি আকর্ষণীয় অনুসন্ধান করে তোলে। এমনকি আন্তঃনাক্ষত্রিক মাধ্যমের মধ্যে উপস্থিত ধূলিকণা, গ্যাস কণা এবং পটভূমি বিকিরণ দ্বারা এমনকি ফোটনগুলিকে অস্পষ্ট, ছড়িয়ে দেওয়া এবং বিক্ষিপ্ত হতে পারে, নিউট্রিনো বেশিরভাগ বাধা ছাড়াই পাস করতে পারে এবং পৃথিবী ভিত্তিক ডিটেক্টরগুলিতে পৌঁছাতে পারে। বর্তমান প্রেক্ষাপটে, দুর্বলভাবে মিথস্ক্রিয়া করা হচ্ছে, নিউট্রিনো-সেক্টর সিপি-লঙ্ঘনে অবদান রাখার জন্য একটি কার্যকর প্রার্থী হতে পারে।

নিউট্রিনো দোলন এবং CP-লঙ্ঘন

নিউট্রিনো তিন ধরনের (𝜈) - 𝜈_𝑒, 𝜈_𝜇 এবং 𝜈_𝜏 - প্রতিটি লেপটনের সাথে যুক্ত একটি স্বাদ ইলেক্ট্রন (ই), মিউন (𝜇) এবং টাউ (𝜏)। নিউট্রিনোগুলি অনুরূপ গন্ধের চার্জযুক্ত লেপটনের সাথে দুর্বল মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে গন্ধ-ইজেনস্টেট হিসাবে উত্পাদিত এবং সনাক্ত করা হয়, যখন তারা নির্দিষ্ট ভরের সাথে রাষ্ট্র হিসাবে প্রচার করে, যাকে গণ-আইজেনস্টেট বলা হয়। এইভাবে উৎসে নির্দিষ্ট গন্ধের একটি নিউট্রিনো রশ্মি কিছু পথ-দৈর্ঘ্যের মধ্য দিয়ে ভ্রমণ করার পরে সনাক্তকরণের বিন্দুতে তিনটি ভিন্ন স্বাদের মিশ্রণে পরিণত হয় - বিভিন্ন স্বাদের অবস্থার অনুপাত সিস্টেমের প্যারামিটারের উপর নির্ভরশীল। এই ঘটনাটি নিউট্রিনো দোলন নামে পরিচিত, যা এই ক্ষুদ্র কণাগুলিকে খুব বিশেষ করে তোলে!

তাত্ত্বিকভাবে, প্রতিটি নিউট্রিনো ফ্লেভার-ইজেনস্টেট তিনটি ভর-ইজেনস্টেটের একটি রৈখিক সংমিশ্রণ হিসাবে প্রকাশ করা যেতে পারে এবং এর বিপরীতে এবং মিশ্রণটিকে পন্টেকোর্ভো-মাকি-নাকাগাওয়া-সাকাটা (PMNS) ম্যাট্রিক্স (3,4) নামে একক ম্যাট্রিক্স দ্বারা বর্ণনা করা যেতে পারে। ,3)। এই XNUMX-মাত্রিক একক মিশ্রণ ম্যাট্রিক্সকে তিনটি মিশ্রণ কোণ এবং জটিল পর্যায় দ্বারা প্যারামেট্রিজ করা যেতে পারে। এই জটিল পর্যায়গুলির মধ্যে, নিউট্রিনো দোলন শুধুমাত্র একটি পর্যায়ে সংবেদনশীল, যার নাম 𝛿_𝐶𝑃, এবং এটি লেপটন-সেক্টরে CP-লঙ্ঘনের অনন্য উৎস। 𝛿_𝐶𝑃 −180° এবং 180° পরিসরে যেকোনো মান নিতে পারে। যখন 𝛿_𝐶𝑃=0,±180° মানে নিউট্রিনো এবং অ্যান্টিনিউট্রিনো একইভাবে আচরণ করে এবং CP সংরক্ষিত হয়, 𝛿_𝐶𝑃=±90° স্ট্যান্ডার্ড মডেলের লেপটন-সেক্টরে সর্বাধিক CP-লঙ্ঘন নির্দেশ করে। যেকোনো মধ্যবর্তী মান বিভিন্ন ডিগ্রীতে CP-লঙ্ঘনের নির্দেশক। তাই 𝛿 এর পরিমাপ_𝐶𝑃 নিউট্রিনো পদার্থবিদ্যা সম্প্রদায়ের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ লক্ষ্যগুলির মধ্যে একটি।

দোলন পরামিতি পরিমাপ

সূর্য, অন্যান্য নক্ষত্র এবং সুপারনোভার মতো নিউট্রিনো পারমাণবিক বিক্রিয়ার সময় প্রচুর পরিমাণে উত্পাদিত হয়। এগুলি পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের সাথে উচ্চ-শক্তি মহাজাগতিক রশ্মির মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলে উত্পাদিত হয়। নিউট্রিনো ফ্লাক্স সম্পর্কে ধারণা পেতে, প্রতি সেকেন্ডে প্রায় 100 ট্রিলিয়ন আমাদের মধ্য দিয়ে যায়। কিন্তু আমরা এটা বুঝতে পারি না যেহেতু তারা খুব দুর্বলভাবে মিথস্ক্রিয়া করছে। এটি নিউট্রিনো দোলন পরীক্ষার সময় নিউট্রিনো বৈশিষ্ট্যের পরিমাপকে সত্যিই একটি চ্যালেঞ্জিং কাজ করে তোলে!

এই অধরা কণাগুলি পরিমাপ করতে, নিউট্রিনো ডিটেক্টরগুলি বড়, কিলো-টন ভর এবং পরীক্ষাগুলি পরিসংখ্যানগতভাবে উল্লেখযোগ্য ফলাফল অর্জন করতে কয়েক বছর সময় নেয়। তাদের দুর্বল মিথস্ক্রিয়াগুলির কারণে, বিজ্ঞানীদের প্রায় 25 বছর লেগেছিল পরীক্ষামূলকভাবে প্রথম নিউট্রিনো সনাক্ত করতে পাওলি 1932 সালে তাদের উপস্থিতি অনুমান করার পরে পারমাণবিক বিটা ক্ষয়ে শক্তি-বেগ সংরক্ষণ ব্যাখ্যা করার জন্য (চিত্রে (5%) দেখানো হয়েছে)।

বিজ্ঞানীরা 90% (99.73𝜎) আত্মবিশ্বাসে (3) 6% এর বেশি নির্ভুলতার সাথে তিনটি মিশ্রণ কোণ পরিমাপ করেছেন। সৌর এবং বায়ুমণ্ডলীয় নিউট্রিনোর দোলন ব্যাখ্যা করার জন্য দুটি মিশ্রণ কোণ বড়, তৃতীয় কোণ (নাম 𝜃₁₃) ছোট, সর্বোত্তম-ফিট মান আনুমানিক 8.6°, এবং পরীক্ষামূলকভাবে পরিমাপ করা হয়েছিল শুধুমাত্র 2011 সালে চীনে চুল্লি নিউট্রিনো পরীক্ষা Daya-Bay দ্বারা। PMNS ম্যাট্রিক্সে, ফেজ 𝛿_𝐶𝑃 শুধুমাত্র সংমিশ্রণে দেখা যায় sin𝜃₁₃𝑒^{±𝑖𝛿_𝐶𝑃,} 𝛿 এর পরীক্ষামূলক পরিমাপ করা_𝐶𝑃 কঠিন।

যে প্যারামিটারটি কোয়ার্ক এবং নিউট্রিনো-সেক্টর উভয় ক্ষেত্রেই CP-ভঙ্গের পরিমাণ পরিমাপ করে তাকে জার্লস্কোগ ইনভেরিয়েন্ট বলা হয় 𝐽_𝐶𝑃 (7), যা মিশ্রন কোণ এবং CP-লঙ্ঘন পর্যায়ের একটি ফাংশন। কোয়ার্ক-সেক্টরের জন্য 𝐽_𝐶𝑃~3×10^-5 , যখন নিউট্রিনো-সেক্টরের জন্য 𝐽_𝐶𝑃~0.033 sin𝛿_𝐶𝑃, এবং এইভাবে 𝐽 এর চেয়ে বড় আকারের তিনটি অর্ডার পর্যন্ত হতে পারে_𝐶𝑃 কোয়ার্ক-সেক্টরে, 𝛿 এর মানের উপর নির্ভর করে_𝐶𝑃.

T2K থেকে ফলাফল - পদার্থ-অ্যান্টিমেটার অ্যাসিমেট্রির রহস্য সমাধানের দিকে একটি ইঙ্গিত

দীর্ঘ-বেসলাইন নিউট্রিনো দোলন পরীক্ষায় T2K (জাপানে টোকাই-টু-কামিওকা), নিউট্রিনো বা অ্যান্টিনিউট্রিনো বিমগুলি জাপান প্রোটন অ্যাক্সিলারেটর রিসার্চ কমপ্লেক্সে (জে-পিএআরসি) তৈরি করা হয় এবং সুপার-কামিওকান্দে ওয়াটার-সেরেনকভ ডিটেক্টরে সনাক্ত করা হয়। পৃথিবীর মধ্য দিয়ে 295 কিলোমিটার দূরত্ব অতিক্রম করার পর। যেহেতু এই এক্সিলারেটরটি 𝜈 যেকোনো একটি বিম তৈরি করতে পারে_𝜇 বা এর প্রতিকণা 𝜈̅𝜇, এবং ডিটেক্টর সনাক্ত করতে পারে 𝜈_𝜇,𝜈_𝑒 এবং তাদের প্রতিকণা 𝜈̅𝜇, 𝜈̅𝑒, তাদের চারটি ভিন্ন দোলন প্রক্রিয়ার ফলাফল রয়েছে এবং দোলন পরামিতিগুলিতে দক্ষ সীমানা পেতে বিশ্লেষণ করতে পারে। যাইহোক, সিপি-লঙ্ঘন পর্ব 𝛿_𝐶𝑃 শুধুমাত্র সেই প্রক্রিয়ায় উপস্থিত হয় যখন নিউট্রিনো স্বাদ পরিবর্তন করে যেমন দোলন 𝜈𝜇→𝜈𝑒 এবং 𝜈̅𝜇→𝜈̅𝑒 - এই দুটি প্রক্রিয়ার মধ্যে কোনো পার্থক্য লেপটন-সেক্টরে একটি CP-লঙ্ঘন বোঝায়।

একটি সাম্প্রতিক যোগাযোগে, T2K সহযোগিতা নিউট্রিনো সেক্টরে CP-লঙ্ঘনের উপর আকর্ষণীয় সীমার রিপোর্ট করেছে, 2009 এবং 2018 (8) এর মধ্যে সংগৃহীত তথ্য বিশ্লেষণ করে। এই নতুন ফলাফলটি 𝛿 এর সমস্ত সম্ভাব্য মানের প্রায় 42% বাতিল করেছে_𝐶𝑃. আরও গুরুত্বপূর্ণ, যখন CP সংরক্ষণ করা হয় তখন 95% আত্মবিশ্বাসে বাতিল করা হয়েছে এবং একই সময়ে সর্বাধিক CP-লঙ্ঘন প্রকৃতিতে পছন্দ করা হয়েছে বলে মনে হয়।

উচ্চ-শক্তি পদার্থবিদ্যার ক্ষেত্রে, একটি নতুন আবিষ্কারের দাবি করার জন্য একটি 5𝜎 (অর্থাৎ 99.999%) আত্মবিশ্বাস প্রয়োজন, তাই পরবর্তী প্রজন্মের পরীক্ষাগুলি CP-লঙ্ঘন পর্যায়ের আবিষ্কারের জন্য পর্যাপ্ত পরিসংখ্যান এবং উচ্চতর নির্ভুলতা পেতে প্রয়োজন৷ তবে সাম্প্রতিক T2K ফলাফলটি বিষয়-অ্যান্টিমেটারের অসাম্যতা সম্পর্কে আমাদের বোঝার দিকে একটি উল্লেখযোগ্য বিকাশ বিশ্ব নিউট্রিনো-সেক্টরে সিপি-লঙ্ঘনের মাধ্যমে, প্রথমবারের মতো।

***

তথ্যসূত্র:

1. সাখারভ, আন্দ্রেই ডি., 1991। ''সিপি ইনভেরিয়েন্স, সি অ্যাসিমেট্রি এবং মহাবিশ্বের ব্যারিয়ন অ্যাসিমেট্রির লঙ্ঘন''। সোভিয়েত পদার্থবিদ্যা Uspekhi, 1991, 34 (5), 392–393. DOI: https://doi.org/10.1070/PU1991v034n05ABEH002497

2. Bari Pasquale Di, 2012. লেপ্টোজেনেসিস এবং নিউট্রিনো বৈশিষ্ট্যের একটি ভূমিকা। সমসাময়িক পদার্থবিদ্যা ভলিউম 53, 2012 – সংখ্যা 4 পৃষ্ঠা 315-338। DOI: https://doi.org/10.1080/00107514.2012.701096

3. Maki Z., Nakagawa M. এবং Sakata S., 1962. প্রাথমিক কণার একীভূত মডেলের উপর মন্তব্য। তাত্ত্বিক পদার্থবিদ্যার অগ্রগতি, ভলিউম 28, ইস্যু 5, নভেম্বর 1962, পৃষ্ঠা 870-880, DOI: https://doi.org/10.1143/PTP.28.870

4. পন্টেকোর্ভো বি., 1958. ইনভার্স বিটা প্রসেস এবং লেপটন চার্জের অ-সংরক্ষণ। পরীক্ষামূলক এবং তাত্ত্বিক পদার্থবিদ্যার জার্নাল (USSR) 34, 247-249 (জানুয়ারি, 1958)। অনলাইন উপলব্ধ http://www.jetp.ac.ru/cgi-bin/dn/e_007_01_0172.pdf. 23 এপ্রিল 2020 এ অ্যাক্সেস করা হয়েছে।

5. ইন্ডাকটিভলোড, 2007. বিটা-বিয়োগ ক্ষয়। [ছবি অনলাইন] এ উপলব্ধ https://en.wikipedia.org/wiki/File:Beta-minus_Decay.svg. 23 এপ্রিল 2020 এ অ্যাক্সেস করা হয়েছে।

6. তানাবাশি এম., এট আল। (কণা ডেটা গ্রুপ), 2018. নিউট্রিনো ভর, মিশ্রণ, এবং দোলন, পদার্থ। Rev. D98, 030001 (2018) এবং 2019 আপডেট। DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.98.030001

7. Jarlskog, C., 1986. Jarlskog সাড়া দেয়। শারীরিক রেভ. লেট। 57, 2875. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.57.2875

8. T2K সহযোগিতা, 2020. বিষয়ের উপর সীমাবদ্ধতা–নিউট্রিনো দোলনায় অ্যান্টিম্যাটার প্রতিসাম্য-লঙ্ঘন পর্যায়ে। প্রকৃতি ভলিউম 580, পৃষ্ঠা 339–344(2020)। প্রকাশিত: 15 এপ্রিল 2020। DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0

***