साधारण शब्दों में हिग्स बोसॉन अब तक का सबसे महंगा कण है। यदि, उदाहरण के लिए, एक वैक्यूम ट्यूब और कुछ प्रतिभाशाली दिमाग इलेक्ट्रॉन की खोज के लिए पर्याप्त थे, तो हिग्स बोसॉन की खोज के लिए प्रायोगिक ऊर्जा के निर्माण की आवश्यकता थी, जो पृथ्वी पर शायद ही कभी पाई जाती है। सबसे प्रसिद्ध और सफल वैज्ञानिक प्रयोगों में से एक होने के नाते, लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर को किसी परिचय की आवश्यकता नहीं है, लेकिन इसका प्रोफाइल कण, पहले की तरह, अधिकांश आबादी के लिए रहस्य में डूबा हुआ है। इसे ईश्वरीय कण कहा गया है, हालांकि, सचमुच हजारों वैज्ञानिकों के प्रयासों के लिए धन्यवाद, अब हमें विश्वास पर इसके अस्तित्व को स्वीकार नहीं करना है।
अंतिम अज्ञात
हिग्स बोसॉन क्या है और इसकी खोज का क्या महत्व है? यह इतने प्रचार, धन और गलत सूचना का विषय क्यों बन गया है? दो कारणों से। सबसे पहले, यह भौतिकी के मानक मॉडल की पुष्टि करने के लिए आवश्यक अंतिम अनदेखा कण था। उसकी खोज का मतलब था कि वैज्ञानिक प्रकाशनों की एक पूरी पीढ़ी व्यर्थ नहीं गई थी। दूसरे, यह बोसॉन अन्य कणों को उनका द्रव्यमान देता है, जो इसे एक विशेष अर्थ और कुछ "जादू" देता है। हम सोचते हैंद्रव्यमान चीजों की एक आंतरिक संपत्ति के रूप में है, लेकिन भौतिक विज्ञानी अन्यथा सोचते हैं। सरल शब्दों में, हिग्स बोसॉन एक ऐसा कण है जिसके बिना सिद्धांत रूप में द्रव्यमान का अस्तित्व नहीं होता।
एक और फील्ड
कारण तथाकथित हिग्स फील्ड में है। हिग्स बोसोन से पहले भी इसका वर्णन किया गया था, क्योंकि भौतिकविदों ने इसकी गणना अपने स्वयं के सिद्धांतों और टिप्पणियों की जरूरतों के लिए की थी, जिसके लिए एक नए क्षेत्र की उपस्थिति की आवश्यकता थी, जिसकी क्रिया पूरे ब्रह्मांड तक फैली होगी। ब्रह्मांड के नए घटकों का आविष्कार करके परिकल्पना को मजबूत करना खतरनाक है। अतीत में, उदाहरण के लिए, इसने ईथर सिद्धांत का निर्माण किया। लेकिन जितनी अधिक गणितीय गणना की गई, उतने ही भौतिक विज्ञानी समझ गए कि वास्तव में हिग्स क्षेत्र का अस्तित्व होना चाहिए। एकमात्र समस्या उसे देखने के व्यावहारिक साधनों की कमी थी।
भौतिकी के मानक मॉडल में, प्राथमिक कण हिग्स क्षेत्र के अस्तित्व के आधार पर एक तंत्र के माध्यम से द्रव्यमान प्राप्त करते हैं जो पूरे अंतरिक्ष में व्याप्त है। यह हिग्स बोसॉन बनाता है, जिसके लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, और यही मुख्य कारण है कि वैज्ञानिकों को उच्च-ऊर्जा प्रयोग करने के लिए आधुनिक कण त्वरक की आवश्यकता होती है।
द्रव्यमान कहाँ से आता है?
कमजोर परमाणु अंतःक्रियाओं की ताकत बढ़ती दूरी के साथ तेजी से घटती जाती है। क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के अनुसार, इसका मतलब है कि कण जो इसके निर्माण में शामिल हैं - W- और Z-bosons - का द्रव्यमान होना चाहिए, ग्लून्स और फोटॉन के विपरीत, जिनका कोई द्रव्यमान नहीं होता है।
समस्या यह है कि गेज सिद्धांत केवल द्रव्यमान रहित तत्वों से निपटते हैं। यदि गेज बोसॉन का द्रव्यमान होता है, तो ऐसी परिकल्पना को उचित रूप से परिभाषित नहीं किया जा सकता है। हिग्स तंत्र हिग्स फील्ड नामक एक नए क्षेत्र की शुरुआत करके इस समस्या से बचा जाता है। उच्च ऊर्जा पर, गेज बोसॉन का कोई द्रव्यमान नहीं होता है, और परिकल्पना अपेक्षा के अनुरूप काम करती है। कम ऊर्जा पर, क्षेत्र एक समरूपता को तोड़ने का कारण बनता है जो तत्वों को द्रव्यमान रखने की अनुमति देता है।
हिग्स बोसॉन क्या है?
हिग्स फील्ड हिग्स बोसॉन नामक कण पैदा करता है। उनका द्रव्यमान सिद्धांत द्वारा निर्दिष्ट नहीं है, लेकिन प्रयोग के परिणामस्वरूप, यह निर्धारित किया गया था कि यह 125 GeV के बराबर है। सरल शब्दों में, हिग्स बोसोन ने अपने अस्तित्व के साथ मानक मॉडल की निश्चित रूप से पुष्टि की है।
मैकेनिज्म, फील्ड और बोसॉन पर स्कॉटिश वैज्ञानिक पीटर हिग्स का नाम है। हालाँकि वह इन अवधारणाओं को प्रस्तावित करने वाले पहले व्यक्ति नहीं थे, लेकिन, जैसा कि अक्सर भौतिकी में होता है, वह बस वही हुआ जिसके नाम पर उनका नाम रखा गया।
टूटी समरूपता
हिग्स क्षेत्र को इस तथ्य के लिए जिम्मेदार माना जाता था कि जिन कणों में द्रव्यमान नहीं होना चाहिए, उन्होंने किया। यह एक सार्वभौमिक माध्यम है जो विभिन्न द्रव्यमान वाले द्रव्यमान रहित कणों को संपन्न करता है। समरूपता के इस तरह के उल्लंघन को प्रकाश के साथ सादृश्य द्वारा समझाया गया है - सभी तरंग दैर्ध्य एक ही गति से निर्वात में चलते हैं, जबकि प्रिज्म में प्रत्येक तरंग दैर्ध्य को प्रतिष्ठित किया जा सकता है। यह, निश्चित रूप से, एक गलत सादृश्य है, क्योंकि सफेद प्रकाश में सभी तरंग दैर्ध्य होते हैं, लेकिन उदाहरण दिखाता है कि कैसेहिग्स क्षेत्र द्वारा द्रव्यमान का निर्माण समरूपता के टूटने के कारण प्रतीत होता है। एक प्रिज्म प्रकाश की विभिन्न तरंग दैर्ध्य की गति की समरूपता को अलग करके तोड़ता है, और हिग्स क्षेत्र को कुछ कणों के द्रव्यमान की समरूपता को तोड़ने के लिए माना जाता है जो अन्यथा सममित रूप से द्रव्यमान रहित होते हैं।
हिग्स बोसोन को सरल शब्दों में कैसे समझाएं? केवल हाल ही में भौतिकविदों ने महसूस किया है कि यदि हिग्स क्षेत्र वास्तव में मौजूद है, तो इसके संचालन के लिए गुणों के साथ एक उपयुक्त वाहक की उपस्थिति की आवश्यकता होगी जिसके कारण इसे देखा जा सकता है। यह मान लिया गया कि यह कण बोसोन का है। सरल शब्दों में, हिग्स बोसोन तथाकथित वाहक बल है, जो फोटॉन के समान है, जो ब्रह्मांड के विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के वाहक हैं। फोटॉन, एक अर्थ में, इसके स्थानीय उत्तेजना हैं, जैसे हिग्स बोसोन अपने क्षेत्र का स्थानीय उत्तेजना है। भौतिकविदों द्वारा अपेक्षित गुणों के साथ एक कण के अस्तित्व को साबित करना, वास्तव में, एक क्षेत्र के अस्तित्व को सीधे साबित करने के समान था।
प्रयोग
कई वर्षों की योजना ने लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर (LHC) को हिग्स बोसोन सिद्धांत के संभावित खंडन का एक वसीयतनामा बनने की अनुमति दी है। सुपर-शक्तिशाली विद्युत चुम्बकों की एक 27-किमी की अंगूठी आवेशित कणों को प्रकाश की गति के महत्वपूर्ण अंशों तक तेज कर सकती है, जिससे टकराव इतना मजबूत हो जाता है कि वे अपने घटकों में अलग हो जाते हैं, साथ ही प्रभाव के बिंदु के आसपास के स्थान को विकृत कर देते हैं। गणना के अनुसार, पर्याप्त रूप से उच्च स्तर की टक्कर ऊर्जा पर, बोसॉन को चार्ज करना संभव है ताकि यह क्षय हो जाए, और यह हो सकता हैदेखा जाएगा। यह ऊर्जा इतनी महान थी कि कुछ लोग घबरा गए और दुनिया के अंत की भविष्यवाणी कर दी, और दूसरों की कल्पना इतनी आगे बढ़ गई कि हिग्स बोसॉन की खोज को एक वैकल्पिक आयाम को देखने के अवसर के रूप में वर्णित किया गया।
अंतिम पुष्टि
प्रारंभिक अवलोकन वास्तव में भविष्यवाणियों का खंडन करते प्रतीत होते थे, और कण का कोई संकेत नहीं मिला। अरबों डॉलर खर्च करने के अभियान में शामिल कुछ शोधकर्ता टेलीविजन पर भी दिखाई दिए और नम्रता से इस तथ्य को बताया कि वैज्ञानिक सिद्धांत का खंडन करना उतना ही महत्वपूर्ण है जितना कि इसकी पुष्टि करना। कुछ समय बाद, हालांकि, माप बड़ी तस्वीर में जोड़ना शुरू कर दिया, और 14 मार्च, 2013 को, सीईआरएन ने आधिकारिक तौर पर कण के अस्तित्व की पुष्टि की घोषणा की। कई बोसॉन के अस्तित्व का सुझाव देने के लिए सबूत हैं, लेकिन इस विचार को और अध्ययन की आवश्यकता है।
सर्न द्वारा कण की खोज की घोषणा के दो साल बाद, लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में काम करने वाले वैज्ञानिक इसकी पुष्टि करने में सक्षम थे। यह एक तरफ विज्ञान की बहुत बड़ी जीत थी तो दूसरी तरफ कई वैज्ञानिक निराश भी हुए। अगर किसी को उम्मीद थी कि हिग्स बोसोन वह कण होगा जो मानक मॉडल से परे अजीब और अद्भुत क्षेत्रों की ओर ले जाएगा - सुपरसिमेट्री, डार्क मैटर, डार्क एनर्जी - तो, दुर्भाग्य से, ऐसा नहीं हुआ।
नेचर फिजिक्स में प्रकाशित एक अध्ययन ने फर्मियन में क्षय की पुष्टि की है। मानक मॉडल भविष्यवाणी करता है कि, सरल शब्दों में, बोसोनहिग्स वह कण है जो फर्मियन को उनका द्रव्यमान देता है। सीएमएस कोलाइडर के डिटेक्टर ने अंततः फर्मियन - डाउन क्वार्क और ताऊ लेप्टन में उनके क्षय की पुष्टि की।
हिग्स बोसोन सरल शब्दों में: यह क्या है?
इस अध्ययन ने अंततः पुष्टि की है कि यह कण भौतिकी के मानक मॉडल द्वारा भविष्यवाणी की गई हिग्स बोसोन है। यह 125 GeV के द्रव्यमान-ऊर्जा क्षेत्र में स्थित है, इसमें कोई स्पिन नहीं है, और कई हल्के तत्वों में क्षय हो सकता है - फोटॉन, फ़र्मियन आदि के जोड़े। इसके लिए धन्यवाद, हम विश्वास के साथ कह सकते हैं कि हिग्स बोसोन, सरल शब्दों में, हर चीज को द्रव्यमान देने वाला कण है।
नए खुले तत्व के डिफ़ॉल्ट व्यवहार से निराश। यदि इसका क्षय थोड़ा सा भी भिन्न होता, तो यह फ़र्मियन से अलग तरह से संबंधित होता, और शोध के नए रास्ते सामने आते। दूसरी ओर, इसका मतलब है कि हम मानक मॉडल से एक कदम भी आगे नहीं बढ़े हैं, जो गुरुत्वाकर्षण, डार्क एनर्जी, डार्क मैटर और वास्तविकता की अन्य विचित्र घटनाओं को ध्यान में नहीं रखता है।
अब कोई ही अनुमान लगा सकता है कि उनके कारण क्या हुआ। सबसे लोकप्रिय सिद्धांत सुपरसिमेट्री है, जिसमें कहा गया है कि मानक मॉडल के प्रत्येक कण में एक अविश्वसनीय रूप से भारी सुपरपार्टनर होता है (इस प्रकार ब्रह्मांड का 23% - डार्क मैटर) बनता है। कोलाइडर को अपग्रेड करने से, इसकी टक्कर ऊर्जा को दोगुना करके 13 TeV कर दिया जाएगा, जिससे इन सुपरपार्टिकल्स का पता लगाना संभव हो जाएगा। अन्यथा, सुपरसिमेट्री को एलएचसी के अधिक शक्तिशाली उत्तराधिकारी के निर्माण के लिए इंतजार करना होगा।
आगे की संभावनाएं
तो हिग्स बोसोन के बाद भौतिकी कैसी होगी? LHC ने हाल ही में महत्वपूर्ण सुधारों के साथ अपना काम फिर से शुरू किया है और एंटीमैटर से लेकर डार्क एनर्जी तक सब कुछ देखने में सक्षम है। यह माना जाता है कि डार्क मैटर केवल गुरुत्वाकर्षण के माध्यम से और द्रव्यमान के निर्माण के माध्यम से सामान्य पदार्थ से संपर्क करता है, और हिग्स बोसोन का महत्व यह समझने की कुंजी है कि यह कैसे होता है। मानक मॉडल का मुख्य दोष यह है कि यह गुरुत्वाकर्षण के प्रभावों की व्याख्या नहीं कर सकता है - ऐसे मॉडल को ग्रैंड यूनिफाइड थ्योरी कहा जा सकता है - और कुछ का मानना है कि कण और हिग्स क्षेत्र वह पुल हो सकता है जिसे खोजने के लिए भौतिक विज्ञानी इतने बेताब हैं।
हिग्स बोसोन के अस्तित्व की पुष्टि हो चुकी है, लेकिन इसकी पूरी समझ अभी बहुत दूर है। क्या भविष्य के प्रयोग सुपरसिमेट्री और डार्क मैटर में इसके अपघटन के विचार का खंडन करेंगे? या वे हिग्स बोसोन के गुणों के बारे में मानक मॉडल की भविष्यवाणियों के हर अंतिम विवरण की पुष्टि करेंगे और अनुसंधान के इस क्षेत्र को हमेशा के लिए समाप्त कर देंगे?
