एकीकृत सिद्धान्त (भाग -२)

मानक प्रारुप (standard model)

केही वर्षपछि एउटा प्रारुपको विकास गरियो, जसलाई अहिले मानक प्रारुप भनिन्छ । त्यसका भविष्यवाणीहरु प्रयोगद्वारा सही सिद्ध भए । यसको अतिरिक्त, त्यसले विद्युतचुम्बकीय, प्रबल र दुर्बल बलसँग सम्बन्धित अन्तक्र्रियाहरुको व्याख्या गर्ने देखियो । अब तारसिद्धान्तको गम्भीर प्रतिस्पर्धाको सामना गर्नुपर्ने भयो ।

मानक प्रारुपमा आधारभूत कणहरुलाई तिनीहरुको चक्करको आधारमा दुई वर्गहरुमा वर्गीकरण गरिन्छ । तिनीहरु हुन्– फमियोनहरु र बोसोनहरु । फमियोनहरु पदार्थ कणहरु हुन् । बोसोनहरु प्रकृतिका बलहरु प्रसारण गर्ने कणहरु हुन् र तिनीहरुलाई विनिमय कण भनिन्छ ।

बोसनहरु निम्नानुसार छन्ः

फोटोन  विद्युतचुम्बकीय बलको विनिमय कण
ग्लुओन– प्रबल बलको विनिमय कण
w+ , w-,z0 – दुर्बल बलका विनिमय कणहरु
ग्रेभिटोन – गुरुत्व बलको विनिमय कण
फर्कियोनहरु तीन समूहहरुमा विभाजित छन । ती समूहहरु निम्नानुसार छन्:

विद्युतीय आवेश

इलेक्ट्रोन (electron) – १
म्युओन (moun) – १
टाउ (TAU) –१
यी कणहरुमध्ये प्रत्येकको एउटा न्युट्रिनो (neutrino) हुन्छ:
विद्युतय आवेश
इलेक्ट्रोन न्युट्रिनो – ०
म्युओन न्युट्रिनो – ०
टाउ न्युट्रिनो – ०
क्वार्कहरु (त्रगबचपक) छ वटा छन्, जसलाई तीन उपसमूहहरु: मा विभाजन गरिएको छ । क्वार्कहरुबाट हेड्रोनहरु बनेका छन् ।
विद्युतीय आवेश

अप (UP) -२/३
चाम्र्ड (charmed) -२/३
टप (TOP) –२/३
डाउन (down) –१/३
स्ट्रेन्ज (कतचबलनभ) –१/३
बटम (bottom) –१/३
 

एकीकृत सिद्धान्त (भाग-१):

एकीकृत सिद्धान्तः भौतिक विज्ञानमा नयाँ क्रान्ति

मनव प्रारुपको समाधान हुननसकेको उटा समस्या प्रत्येक समूहहरु तीन उपहमूहहरु किन छन् भन्ने कुरा हो । तर यसको सबभन्दा ठूलो समस्या के हो भने यसले प्रकृति तीन बलहरुलाई राम्रोसँग व्याख्या गर्दछ, चौथो बल –गुरुत् बल ) को सम्बन्धमा चाहि गर्न केही पनि बताउँदैन । गुरुत्व बललाई यसभित्र ल्याउनको लागि धेरै प्रयत्नहरु गरिएका छन्, तर कुनै पनि प्रयत्न सफल भएको छैन ।

प्रथम तार क्वाण्टम गुरुत्व सिद्धान्त

सन् १९७० को दशकमा तार सिद्धान्तको एउटा प्रमुख समस्या के थियो भने अनेकौं आधारभूत कणहरुको भविष्यवाणी गरिएको थियो, जसको मानक प्रारुप (standard model) सँग कुनै सम्बन्ध थिएन । त्यस्ता कणहरुमध्ये एउटा कण पिण्डरहित थियो ।

सन् १९७४ मा इकोल नर्मल सुपेरिइरका जोएल शेर्क र क्यालिफोर्निया इन्स्टीच्युट अफ टेक्नोलोजीका जोन श्वार्जले त्यो पिण्डरहित कणलाई ध्यान दिएर हेर्न थाले । अन्ततः उनीहरुले त्यसमा ग्रेभिटोनका सम्पूर्ण गुणहरु छन् भन्ने कुरा महसूस गरे । श्वाजै र शेर्कको खुशीको सीमा रहेन । यदी तार सिद्धान्तले ग्रेभिटोनको भविष्यवाणी गर्दथ्यो भने, त्यो उनीहरुले आशा गरेभन्दा पनि बढी शक्तिशाली हुनसक्दथ्यो । क्वाण्टम सिद्धान्तले नै गुरुत्व बललाई समाहित गर्न सक्दथ्यो । उनीहरुले सन् १९७४ मा आफ्नो परिणामहरुको घोषणा गर्दै एउटा शोधपत्र लेखे, जसमा तार सिद्धान्त एउटा सर्व– समावेशी सिद्धान्त हुनसक्दछ भन्ने सुझाव राखिएको थियो ।

तार सिद्धान्तका लक्ष्यहरु ीनराशाजनक देखिए तर श्वार्ज चाहिँ विश्वस्त भएर परिश्रमपूर्वक तार सिद्धान्तमा निरन्तर काम गरिरहेका थिए । त्यसपछि उनले सन् १९७९ को गृष्म ऋतुमा क्वीन म्यारी कलेजका माइकेल ग्रीनलाई भेटे । उनीहरु दुवै ऋभ्च्ल् का थिए । ग्रीन पनि तार सिद्धान्तमा काम गरिरहेका थिए र उनीहरुले तुरुन्तै सँगै काम गर्ने निर्णय गरे ।

शेर्क र उनका धेरै सहकर्मीहरुले के देखाउने प्रयत्न गरेका थिए भने तार सिद्धान्त महासम्मितीय (supersymmetric) छ । महासम्मितीय भनेको एउटा त्यस्तो सम्मिति हो, जसमा बोसोन र फर्मियोन एउटै कणका दुई अवस्थाहरु हुन्छन् । त्यसबहेक, उनीहरु के सिद्ध गर्न चाहन्छन्थे भने परिणामको रुपमा आउने सिद्धान्त अनन्तताहरुबाट मुक्त छ ।

लामो समयसम्म ठूलो प्रयत्न गरेपछि उनीहरु एउटा तार सिद्धान्तको विकास गर्न सफल भए, जसमा महासम्मिति समाविष्ट थियो । उनीहरुले आफ्ना परिणामहरुलाइृ सन् १९८१ म प्रकाशित गरे । अन्ततः अब जसमा अनन्तता थिएन, जसले गुरुत्व बलसिहत प्रकृतिका चारैवटा बलहरुको व्याख्या गर्दथ्यो र आधारभूत कणहरुको भविष्यवाणी गर्नसक्दथ्यो ।

तर त्यो सिद्धान्तमा पनि समस्या थिए । श्वार्ज र ग्रीनले आफ्नो सिद्धान्तलाई ‘‘अनियमितता रहित’’ छ भन्ने देखाउन सकेनन् । अनियमितताबाट ऋणात्मक संभाव्यताहरु उत्पन्न हुन्छन् । त्यसपछिका दुई वर्षसम्म उनीहरु त्यो सिद्धान्तको अनियमितताहरु उत्पन्न हुन्छन् । त्यसपछिका दुई वर्षसम्म उनीहरु स्वरुप पत्ता लगाउने प्रयत्नमा लागिरहे ।

उनीहरुले खोजी गरिरहेको कुरा समूह सिद्धान्त थियो, जसलाई उनीहरुको सिद्धान्तमा आधारको रुपमा प्रयोग गर्न सकिन्थ्यो र त्यसबाट त्यो सिद्धान्तलाई अनियमिततारहित बनाउन सकिन्थ्यो । उनीहरुले सोच्न सकिनेजति सबै समूह सिद्धान्तहरुको परीक्षण गरे र अन्तिममा एउटा भेट्टाए, जसले काम ग¥यो । त्यसलाई कय(घद्द) भनियो । उनीहरुले अझ राम्रो समूह सिद्धान्तको खोजी कार्य जारी राखे । अन्ततः त्यो पनि भेटियो, जसलाई भ्डह्भ्ड भनियो । अब उनीहरुले चाहेको सिद्धान्त भेट्टाएका थिए, जुन अनन्तताबाट मुक्त र अनियमितता रहित थियो । त्यसले प्रकृतिका चारैवटा बलहरुको व्याख्या गर्दथ्यो तथा आधारभूत कणहरुको पनि व्याख्या गर्दथ्यो ।

उनीहरुले आमफ्नो सिद्धान्तको घोषणा सन् १९८४ को अगष्टमा गरे । अन्ततः वैज्ञानिक जगतको दृष्टि त्यसमाथि प¥यो । त्यसबाट विशेष रुपले उत्साहित हुने वैज्ञानिकहरुमध्ये एक प्रिन्सटन विश्वविद्यालयका एड्वार्ड विटटेन थिए । एउटा बिल्कुलै भिन्न विधिको प्रयोग गरेर उनले के देखाए भने त्यो सिद्धान्त वास्तवमा अनियमिततारहित छ । केही समयपछि प्रिन्सटन विश्वविद्यालयका डेभिड ग्रस सिकागो विश्वविद्यालयका जेफरी हार्भे र प्रिन्सटन विश्वविद्यालयका एमिल मार्टिनेक तथा यान रोहमले अर्को अनियमिततारहित सिद्धान्त पत्ता लगाए । त्यसलाई उनीहरुले ‘हिटेरोटिक’ (जभतभचयतष्अ) प्रारुप भनेका थिए । त्यो एउटा बन्द–तार प्रारुप थियो ।

सन् १९८४ र १९८६ बीचको समयलाई प्रथम तार क्रान्तिको समय भनियो । श्वार्ज र ग्रीनको नयाँ युगान्तकारी खोजसँगै विश्वका वैज्ञानिकहरुको ध्यान आकर्षित भयो र थोरै समयमै ठूलो उत्साह देखिन थाल्यो । त्यसपछि छोटो अवधिमा नै त्यो विषयमा हजारौं शोधपत्रहरु लेखिए र धेरै महत्वपूर्ण प्रगतिहरु भए ।

तर समस्याहरु अझै बाँकी नै थिए । त्यसमा रहेका प्रमुख समस्याहरुमध्ये एउटा के थियो भने त्यो सिद्धान्तका समीकरणहरु विशुद्ध रुपमा लेख्न सकिंदैनथ्यो । परिणाम स्वरुप अनुमानित समीकरणहरुको  तिनीहरुको अन्तक्र्रियाको सम्बन्धमा धेरै कुरा थाहा भयो ।

तारका अन्तरक्रियाहरु

कणहरुको बीचमा अन्तत्र्रिmया हुन्छ र यस्ता अन्तत्र्रिmयाहरुका परिणामहरुलाई परीक्षणबाट जान्न सकिन्छ । मानक प्रारुपद्वारा यी परिणामहरुको भविष्यवाणी गर्न संभव हुन्छ । तर तार सिद्धान्तले मानक प्रारुपलाइृ समाविष्ट गर्नको लागि यी अन्तत्र्रिmयाहरुलाई देखाउने र गणना गर्ने विधि हुनु पर्दछ ।

हामीलाई के कुरा थाहा छ भने बोसोन तार र फर्मियोन तार दुवै अस्तित्वमा छन् र प्रत्येकमा आधारभूत कणलाई प्रतिनिधित्व गर्ने कम्पन अवस्था हुन्छ । त्यसैगरी हामीलाई यो कुरा पनि थाहा छ कि बन्द तार मा तरंग घडीको दिशामा अथवा उल्टो दिशामा चल्न सक्दछ । यसबाट आधारभूत कणहरुका केही गुणहरुलाई व्याख्या गर्नको लागि सहायता पुग्दछ, जुन तिनीहरुको चक्कसँग सम्बन्धित हुन्छन् । यसबाहेक, यदि हामीले कुनै तारलाई समयमा हेर्दछौं भने त्यसको कम्पन अवस्था एउटा ‘पात्र’ (कजभभत) मा फैलिन्छ । यस्तो पत्रलाई ‘विश्वपत्र’ भनिन्छ । बन्द तारमा यो पत्र बेलानाकार हुन्छ ।

तारहरुसँग सम्बन्धित एउटा विशेष महत्वपूर्ण कुरा तिनीहरुको तनाव हो । यो तनाव जति बढी हुन्छ, त्यति तारको शक्ति बढी हुन्छ । वास्तवमा तारको शक्ति तनाव र कम्पनको प्रकार वा स्वरुप दुवैमाथि निर्भर हुन्छ । आधाभूत तनावलाई प्लाङ्क तनाव भनिन्छ । र यो अत्यन्तै उच्च हुन्छ – १०३९ टन । यसबाट प्लाङ्क पिण्ड (उबिलअप तभलकष्यल) प्राप्त गर्न सकिन्छ, जुन प्रोटोनको पिण्ड भन्दा १०१९ गुणा बढी छ ।

अब तारको प्रयोग गरेर कसरी कणहरुको अन्तत्र्रिmयालाई प्रतिनिधित्व गर्न सकिन्छ त ? क्वाण्टम इलेक्ट्रोडाइनामिक्स र क्वाण्टम क्रोमोडाइनामिक्समा यी अन्तक्र्रियाहरुलाई सरल रेखाहरु खिचेर प्रनिधित्व गरिन्छ, जसलाई फिनम्यान रेखाचित्र  भनिन्छ । एउटा रेखाले स्थानमा गतिशील कणलाई प्रतिनिधित्व गर्दछ । तार सिद्धान्तमा कणहरुको स्थान तारहरुले लिन्छन्, त्यसकारण सममयको प्रत्येक बिन्दुमा तारहरु हुन्छन् ।