ഹിഗ്ഗ്സ് ബോസോണ്‍ അഥവാ ദൈവത്തിന്‍റെ കണിക

ഹിഗ്ഗ്സ് ബോസോണ്‍ എന്ന ദൈവത്തിന്‍റെ കണത്തിന്‍റെ നിലനില്‍പ്പിനെ പറ്റി തെളിവുകള്‍ ലഭിച്ചു എന്നത് ശാസ്ത്ര ലോകം കഴിഞ്ഞ ആഴ്ചകളില്‍ വളരെയധികം ചര്‍ച്ച ചെയ്ത ഒരു വിഷയമാണ്. ഇത് എന്താണ് എന്ന് പഠിക്കുവാനാണ് ഞാന്‍ ഇതിലൂടെ ശ്രമിക്കുന്നത്. അല്‍പം ബുദ്ധിമുട്ടുള്ള ഒരു വിഷയമാണെന്ന് ആദ്യമേ സൂചിപ്പിച്ചു കൊള്ളട്ടെ. പ്രപഞ്ചത്തിന്‍റെ എല്ലാ പദാര്‍ത്ഥങ്ങള്‍ക്കും മാസ്സ്(പിണ്ഡം) വരുന്നതെങ്ങനെ എന്നതിനുള്ള ഉത്തരമാണ് ഹിഗ്ഗ്സ് പദാര്‍ത്ഥം. മാസ്സ് എന്നത് ഭാരം അല്ല എന്നത് പ്രത്യേകം ശ്രിദ്ധിക്കേണ്ട ഒരു വസ്തുതയാണ്. ഭാരം എന്നത് മാസ്സുള്ള ഒരു വസ്തുവില്‍ ഭൂമി പ്രയോഗിക്കുന്ന ബലമാണ്. ഇതിനു ഭൂമിയില്‍ നിന്നുള്ള ദൂരത്തിനും, മറ്റു സാഹചര്യങ്ങള്‍ക്കും അനുസരിച്ച് മാറ്റമുണ്ടാകും. എന്നാല്‍ മാസ്സ് പ്രപഞ്ചത്തില്‍ എല്ലായിടത്തും ഏറെക്കുറെ സ്ഥിരമായി നിലനില്‍ക്കുന്നു. ശൂന്യാകാശത്ത് ചെല്ലുന്ന ഒരു വ്യക്തിക്ക് ഭാരക്കുറവുണ്ടാകുമെങ്കിലും, പിണ്ഡം മാറുന്നില്ല എന്നത് ഏവര്‍ക്കും അറിവുണ്ടാകുമല്ലോ. അതിനാല്‍ തന്നെ, മാസ്സ് എന്നത് വിശദീകരിച്ചിരിക്കുന്നത്, നിശ്ചലാവസ്തയിലോ സഞ്ചാരവസ്ഥയിലോ ഇരിക്കുന്ന ഒരു വസ്തു അതിന്‍റെ ആ അവസ്ഥ മാറ്റാന്‍ ശ്രമിക്കുമ്പോള്‍ എത്രമാത്രം പ്രതിരോധം സൃഷ്ടിക്കുമോ, അതാണ്‌ അതിന്‍റെ മാസ്സിന്‍റെ അളവ്. ചുരുക്കി പറഞ്ഞാല്‍, ഒരു വസ്തുവിലുള്ള പദാര്‍ത്ഥങ്ങളുടെ ആകെ തുകയാണ് അതിന്‍റെ മാസ്സ്. അപ്പോള്‍ ഉയരുന്ന മറ്റൊരു ചോദ്യം ഒരു വസ്തുവിന് മാസ്സ് എങ്ങനെ ഉണ്ടാകുന്നു എന്നതാണ്?

ഇവയെ പറ്റി ശരിയായി മനസ്സിലാക്കാന്‍ നമുക്ക് particle physicsലെ standard modelനെ പറ്റി അല്‍പ്പം മനസ്സിലാക്കേണ്ടതുണ്ട്. ഊര്‍ജ്ജതന്ത്രത്തിന്‍റെ അടിസ്ഥാന ലക്‌ഷ്യം എന്നത് എല്ലാത്തരം പദാര്‍ത്ഥ ഊര്‍ജ്ജ interactionsഉം ഒരു അടിസ്ഥാന നിയമം വഴി വിശദീകരിക്കുക എന്നതാണ്. എന്ന് വച്ചാല്‍, ഊര്‍ജ്ജവും, പദാര്‍ത്ഥവും തമ്മില്‍ രൂപഭേദം മാറാന്‍ കഴിയുമെന്ന് e=mc^2 എന്ന പ്രസിദ്ധ സമവാക്യം വഴി einstein തെളിയിച്ചിട്ടുണ്ട്. ഇത് മാത്രമല്ല, പദാര്‍ത്ഥങ്ങള്‍ക്കുള്ളില്‍ തന്നെ ധാരാളം interactionsഉം ഊര്‍ജ്ജ കൈമാറ്റങ്ങളും നടക്കുന്നുണ്ട്. ഇവയെ ഫലപ്രദമായി വിശദീകരിക്കണമെങ്കില്‍, ഒരു അടിസ്ഥാന മോഡല്‍ വേണം. ഇതാണ് standard model of particle physics.

ഏതൊരു വസ്തുവും ഉണ്ടാക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത് ആറ്റം വഴിയാണ്. ആറ്റത്തിനുള്ളില്‍ പ്രധാനമായുള്ളത് proton, neutron, electron എന്നിവയാണ്. ഇതില്‍ proton, neutron എന്നിവ വീണ്ടും വിഭജിക്കാന്‍ കഴിയുന്ന പദാര്‍ത്ഥങ്ങളാണെന്നു standard model തെളിയിക്കുന്നു. ചുരുക്കി പറഞ്ഞാല്‍ പ്രപഞ്ചത്തിലെ വിഭജിക്കാന്‍ കഴിയാത്ത, അടിസ്ഥാന കണങ്ങള്‍ ഏവ എന്നതിന്‍റെ ഉത്തരമാണ് standard model. പ്രപഞ്ചത്തിലെ അടിസ്ഥാന കണങ്ങള്‍ ആണ് fermions, gauge bosons and higgs boson എന്നിവ. ഈ modelല്‍ അടിസ്ഥാനപരമായി 3 force കള്‍ ആണ് ഉള്ളതായി പറയുന്നത്. ഇവ nuclear strong force, nuclear weak force, electromagnetic force എന്നിവയാണ്.

fermionകള്‍ എന്നത് pauli's exclusion principle അനുസരിക്കുന്ന അടിസ്ഥാന കണങ്ങളാണ്. എന്ന് വച്ചാല്‍, ഒരേ ഊര്‍ജ്ജാവസ്ഥ ഒരേ സമയം ഒന്നില്‍ കൂടുതല്‍ fermionകള്‍ക്കു കൈ വരിക്കാന്‍ സാധിക്കില്ല. അതിനാല്‍ തന്നെ matterന്‍റെ അടിസ്ഥാന കണങ്ങളാണ് fermions. നമ്മുടെ ആറ്റത്തിനുള്ളില്‍electronകള്‍ പല ഊര്‍ജ്ജ ബാന്ടുകളില്‍ നിലനില്‍ക്കുന്നു എന്നത് കെമിസ്ട്രിയില്‍ പഠിച്ചത് ഓര്‍ക്കുന്നുണ്ടാവുമല്ലോ. അതിനു കാരണം electronകള്‍ fermionകള്‍ ആയതുകൊണ്ടാണ്. fermionകളില്‍ പ്രധാനമായി ഉള്ളത് 6 quarks and 6 leptons ആണ്. quarkക്കുകള്‍ക്ക് കളര്‍ ചാര്‍ജ്ജുകള്‍ ഉണ്ട്. അതായത് വിരുദ്ധ ചാര്‍ജ്ജോ സ്പിനോ ഉള്ള quarkക്കുകള്‍ കൂടി ചേര്‍ന്നാണ് nuclear strong force ഉണ്ടാക്കുന്നത്‌. electron ഉള്‍പ്പെടെ 6 പദാര്‍ത്ഥങ്ങളാണ് leptonകളില്‍ പെടുന്നത്. ഇവയാണ്  nuclear weak forceനു ആധാരം.

gauge bosons, bose-einstein stastics അനുസരിക്കുകയും, pauli's exclusion principle നിരാകരിക്കുകയും ചെയ്യുന്ന അടിസ്ഥാന കണങ്ങളാണ്. അതായത് ഒന്നില്‍ കൂടുതല്‍ ബോസോണുകള്‍ക്ക് ഒരേ സമയം ഒരേ ഊര്‍ജ്ജാവസ്ഥ കൈ വരിക്കാന്‍ സാധിക്കും. അതിനാല്‍ തന്നെ energyയുടെ അടിസ്ഥാന കണങ്ങളാണ് gauge bosons.പദാര്‍ത്ഥങ്ങള്‍ക്കിടയില്‍ ഊര്‍ജ്ജം കൈമാറ്റം ചെയ്യുന്നത്  bosons ആണ്. ഇവയാണ് electric, magnetic, gravitation  fieldകള്‍ വഴിയുള്ള ഊര്‍ജ്ജ കൈമാറ്റത്തിന്റെ അടിസ്ഥാന കണങ്ങള്‍. ഇവയില്‍ പ്രധാനമായി ഉള്ളത് പ്രകാശത്തിന്‍റെ അടിസ്ഥാന കണമായ photon, weak forcinuനു കാരണക്കാരായ W+, W-, Z bosons, strong forceന്‍റെ ശിലയായ quarkന്‍റെ ഉള്ളില്‍ ഊര്‍ജ്ജ കൈമാറ്റം നടത്തുന്ന gluons എന്നിവയാണ്.

ഇനിയാണ് ഈ modelല്‍ ഇതുവരെ കണ്ടെത്താന്‍ സാധിക്കാത്ത, എന്നാല്‍ ഈ അടിസ്ഥാന പദാര്‍ത്ഥങ്ങള്‍ക്ക് മാസ്സ് ലഭിക്കാന്‍ കാരണഭൂതനായ higgs boson വരുന്നത്. മുകളില്‍ പറഞ്ഞ അടിസ്ഥാന പദാര്‍ത്ഥങ്ങളില്‍ photonu മാത്രം മാസ്സ് ഇല്ല. മറ്റു bosonകള്‍ക്ക് ഉണ്ട് താനും. ഇത് വിശദീകരിക്കാന്‍ higgs bosonനു സാധിക്കും. നമ്മുടെ ഈ പ്രപഞ്ചം മുഴുവന്‍ higgs fieldന്‍റെ സാന്നിധ്യം ഉണ്ട്. അതായത്, പ്രപഞ്ചത്തില്‍ ഒരിടത്ത് പോലും higgs fieldന്‍റെ probability പൂജ്യം ആവുന്നില്ല എന്ന് മറ്റൊരു രീതിയില്‍ പറയാം. ഈ fieldനെ നമ്മുടെ electric field, magnetic field എന്നിവയുടെ മറ്റൊരു വകഭേദമായി മനസ്സിലാക്കിയാല്‍ മതി. higgs boson എന്നത് ഈ fieldന്‍റെ അടിസ്ഥാന കണം അഥവാ quantum ആണ്. ഇനി പദാര്‍ത്ഥങ്ങള്‍ക്ക് മാസ്സ് ഉണ്ടാവുന്നത് എങ്ങനെ എന്ന് നോക്കാം. പ്രപഞ്ചത്തിലെ മുകളില്‍ പറഞ്ഞ എല്ലാ അടിസ്ഥാനകണങ്ങളും പ്രകാശത്തിന്‍റെ വേഗതയില്‍ സഞ്ചരിക്കാന്‍ ശ്രമിക്കുന്നു. എന്നാല്‍ ഇവ മുകളില്‍ പറഞ്ഞ higgs fieldമായി higgs boson വഴി interact ചെയ്യുന്നു. ഇതില്‍ ചില കണങ്ങള്‍ കൂടുതല്‍ interact ചെയ്യുന്നു, അതിനാല്‍ അവക്ക് മാസ്സ് കൂടുന്നു. higgs boson എന്നത് ഭാരമേറിയ ഒരു പദാര്‍ഥമാണ്. വളരെ വേഗം ഉരുണ്ടു പോകുന്ന ഒരു നാണയം തേനിലൂടെ ഉരുളന്നതിനോട്, നമുക്ക് പദാര്‍ഥങ്ങള്‍ higgs fieldമായി interact ചെയ്യുന്നതിനെ ഉപമിക്കാം. അതോടെ, അവയുടെ സഞ്ചാരത്തിന് തടസ്സം നേരിടുന്നു. അങ്ങനെ അവക്ക് inertia (നിശ്ചലാവസ്ഥയില്‍ നിന്ന് സഞ്ചാരവസ്ഥയിലെക്കോ, തിരിച്ചോ പോകുന്നതിനു ഒരു പദാര്‍ത്ഥം കാണിക്കുന്ന തടസ്സം) ഉണ്ടാവുകയും, അവ മാസ്സുള്ള ഒരു പദാര്‍ത്ഥമാവുകയും ചെയ്യുന്നു. higgs bosonകള്‍ അടിസ്ഥാന പദാര്‍ഥങ്ങളുമായി നടത്തുന്ന interactions വഴിയാണ് അവയ്ക്ക് മാസ്സ് ലഭിക്കുന്നത് എന്ന് ചുരുക്കി പറയാം.

higgs bosonനെ കണ്ടെത്താന്‍ ബുദ്ധിമുട്ടാണ്. അതിനുള്ള കാരണം ഇവയാണ്. ആണവ റിയാക്ടറുകളും ബോംബുകളും matterനെ energy ആക്കി മാറ്റിയാണ് പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നത് എന്നത് അറിവുണ്ടാകുമല്ലോ. കുറച്ചു matterല്‍ നിന്ന് അനേകം ഊര്‍ജ്ജം ഉണ്ടാക്കാന്‍ സാധിക്കും (e=mc^2). higgs bosonനെ കൃത്രിമമായി സൃഷ്ടിച്ചെടുക്കാന്‍ ഇതിന്‍റെ നേര്‍ വിപരീത പ്രക്രിയ ആണ് നടത്തുന്നത്. higgs bosonന്‍റെ മാസ്സ് protonന്‍റെ മാസ്സിന്റെ 200 ഇരട്ടിയാണ്. അതിനാല്‍ തന്നെ ഭാരമേറിയ ഒരു പദാര്‍ത്ഥം ഊര്‍ജ്ജത്തില്‍ നിന്ന് സൃഷ്ടിക്കണമെങ്കില്‍, അത്രയേറെ ഊര്‍ജ്ജത്തിലേക്ക് പദാര്‍ത്ഥങ്ങളെ കൊണ്ട് പോകാന്‍ സാധിക്കുന്ന aacelerator ആവശ്യമാണ്‌. ഇതിനുള്ള ചെലവ് വളരെയധികമാണ്. ലോകത്ത് വളരെ ചുരുക്കം സ്ഥലങ്ങളിലെ ഇത് നടത്താന്‍ സാധിക്കൂ. ഒപ്പം higgs boson വളരെ ചുരുങ്ങിയ സമയം മാത്രമേ നിലനില്‍ക്കൂ. അതിനാല്‍ അവയെ കണ്ടെത്താന്‍, വളരെ sensitivity കൂടിയ detector ആവശ്യമാണ്‌.

ഇവയെ ദൈവത്തിന്‍റെ കണിക എന്ന് വിളിക്കുന്നതിനു കാരണം, ഇവയാണ് particle physicsന്‍റെ അടിസ്ഥാന കണിക എന്നതാണ്. ഇതിലൂടെ മാത്രമേ പദാര്‍ത്ഥങ്ങളുടെ അടിസ്ഥാനമായ മാസ്സ് വിശദീകരിക്കാന്‍ സാധിക്കുന്നുള്ളൂ. നമ്മുടെ ഇന്ന് വരെയുള്ള അറിവ് വച്ച്, പ്രപഞ്ചത്തിന്‍റെ നിലനില്‍പ്പിന്‍റെ തന്നെ അടിസ്ഥാനം ഈ പദാര്‍ത്ഥമാണ്. ശാസ്ത്രത്തിന്‍റെ പല തത്വങ്ങളും വളരെയധികം ആകാംക്ഷ ജനിപ്പിക്കുന്നു. ശാസ്ത്രം പ്രപഞ്ചത്തെ അറിയാന്‍ ശ്രമിക്കുന്നു, അതുവഴി നമ്മെ തന്നെയും.