நியூட்ரான் வாழ்நாள் பிரச்சனை — அதன் சாத்தியமான தீர்வு

விசித்திரமான போதும், இருப்பினும், இலவச நியூட்ரான்களின் இந்த சராசரி வாழ்நாளில் வெவ்வேறு முரண்பாடான முடிவுகள் பெறப்பட்டுள்ளன — நியூட்ரான்கள் நியூட்ரான் கற்றை அல்லது சில வகையான 'பாட்டில்' அளவிடப்படுகிறதா என்பதைப் பொறுத்து. TU Wien இல் உள்ள ஒரு ஆராய்ச்சிக் குழு இப்போது சாத்தியமான விளக்கத்தை முன்மொழிந்துள்ளது: நியூட்ரானின் முன்னர் கண்டுபிடிக்கப்படாத உற்சாகமான நிலைகள் இருக்கலாம். அதாவது சில நியூட்ரான்கள் சற்று அதிக ஆற்றலையும், சற்று வித்தியாசமான வாழ்நாளையும் கொண்டிருக்கும் நிலையில் இருக்கலாம். இது அளவிடப்பட்ட முரண்பாடுகளை விளக்கலாம். இந்த நியூட்ரான் நிலையை எவ்வாறு கண்டறிவது என்பது குறித்த யோசனைகளும் குழுவிடம் ஏற்கனவே உள்ளன.

இரண்டு அளவீட்டு முறைகள், இரண்டு முடிவுகள்

தூய சந்தர்ப்பத்தால், எந்த காரணமும் இல்லாமல், குவாண்டம் கோட்பாட்டின் விதிகளின்படி நியூட்ரான்கள் தன்னிச்சையாக சிதைந்துவிடும் – புரோட்டான், எலக்ட்ரான் மற்றும் ஆன்டிநியூட்ரினோவாக மாறும். இது ஒரு இலவச நியூட்ரான் என்றால் இது குறிப்பாக சாத்தியமாகும். நியூட்ரான் மற்ற துகள்களுடன் இணைந்து அணுக்கருவை உருவாக்கினால், அது நிலையானதாக இருக்கும்.

இலவச நியூட்ரான்களின் சராசரி வாழ்நாளை அளவிடுவது வியக்கத்தக்க வகையில் கடினம். “கிட்டத்தட்ட முப்பது ஆண்டுகளாக, இந்த தலைப்பில் முரண்பாடான முடிவுகளால் இயற்பியலாளர்கள் குழப்பமடைந்துள்ளனர்” என்று TU வீனில் உள்ள கோட்பாட்டு இயற்பியல் நிறுவனத்தைச் சேர்ந்த பெஞ்சமின் கோச் கூறுகிறார். அவர் தனது சக ஊழியர் பெலிக்ஸ் ஹம்மெலுடன் சேர்ந்து இந்த புதிரை ஆய்வு செய்தார். TU Wien இல் உள்ள அணுக் கழகத்தைச் சேர்ந்த Hartmut Abele தலைமையிலான நியூட்ரான் ஆராய்ச்சிக் குழுவுடன் இருவரும் நெருக்கமாகப் பணியாற்றி வருகின்றனர்.

“அத்தகைய அளவீடுகளுக்கு, ஒரு அணு உலை பெரும்பாலும் நியூட்ரான் மூலமாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது” என்று பெஞ்சமின் கோச் விளக்குகிறார். “உலையில் கதிரியக்கச் சிதைவின் போது இலவச நியூட்ரான்கள் உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன. இந்த இலவச நியூட்ரான்கள் பின்னர் ஒரு நியூட்ரான் கற்றைக்கு அனுப்பப்படலாம், அங்கு அவை துல்லியமாக அளவிடப்படும்.” நியூட்ரான் கற்றையின் தொடக்கத்தில் எத்தனை நியூட்ரான்கள் உள்ளன மற்றும் சிதைவு செயல்முறையால் எத்தனை புரோட்டான்கள் உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன என்பதை ஒருவர் அளவிட முடியும். இந்த மதிப்புகள் மிகவும் துல்லியமாக தீர்மானிக்கப்பட்டால், பீமில் உள்ள நியூட்ரான்களின் சராசரி ஆயுட்காலம் கணக்கிடப்படும்.

இருப்பினும், வேறுபட்ட அணுகுமுறையை எடுத்து நியூட்ரான்களை ஒரு வகையான 'பாட்டில்' சேமிக்க முயற்சி செய்யலாம், எடுத்துக்காட்டாக காந்தப்புலங்களின் உதவியுடன். “நியூட்ரான் கற்றையிலிருந்து வரும் நியூட்ரான்கள் ஒரு பாட்டில் உள்ள நியூட்ரான்களை விட எட்டு வினாடிகள் நீண்ட காலம் வாழ்கின்றன என்பதை இது காட்டுகிறது” என்கிறார் பெஞ்சமின் கோச். “சராசரியான ஆயுட்காலம் 900 வினாடிகளுக்குக் குறைவாக இருப்பதால், இது ஒரு குறிப்பிடத்தக்க வித்தியாசம் — வெறும் அளவீட்டுத் துல்லியமின்மையால் விளக்க முடியாத அளவுக்குப் பெரியது.”

தெரியாத புதிய மாநிலமா?

பெஞ்சமின் கோச் மற்றும் பெலிக்ஸ் ஹம்மல் இப்போது காட்ட முடிந்தது: நியூட்ரான்கள் உற்சாகமான நிலைகளைக் கொண்டிருக்கலாம் என்று ஒருவர் கருதினால், இந்த முரண்பாட்டை விளக்க முடியும் — சற்று அதிக ஆற்றல் கொண்ட முன்பு கண்டுபிடிக்கப்படாத நிலைகள். இத்தகைய நிலைகள் அணுக்களுக்கு நன்கு அறியப்பட்டவை மற்றும் ஒளிக்கதிர்களுக்கு அடிப்படையாகும். “நியூட்ரான்கள் மூலம், அத்தகைய நிலைகளை துல்லியமாக கணக்கிடுவது மிகவும் கடினம்” என்கிறார் பெஞ்சமின் கோச். “இருப்பினும், நியூட்ரான் வாழ்நாள் அளவீடுகளின் வெவ்வேறு முடிவுகளை விளக்குவதற்கு அவை என்ன பண்புகளைக் கொண்டிருக்க வேண்டும் என்பதை நாம் மதிப்பிடலாம்.”

ஆராய்ச்சியாளர்களின் கருதுகோள் என்னவென்றால், இலவச நியூட்ரான்கள் கதிரியக்கச் சிதைவிலிருந்து வெளிப்படும் போது, ​​​​அவை ஆரம்பத்தில் வெவ்வேறு நிலைகளின் கலவையில் இருக்கும்: அவற்றில் சில சாதாரண நியூட்ரான்கள் என்று அழைக்கப்படும் தரை நிலை, ஆனால் அவற்றில் சில உற்சாகமான நிலையில் உள்ளன. இன்னும் கொஞ்சம் ஆற்றல். இருப்பினும், காலப்போக்கில், இந்த உற்சாகமான நியூட்ரான்கள் படிப்படியாக தரை நிலைக்கு மாறுகின்றன. “நீங்கள் அதை ஒரு குமிழி குளியல் போல நினைக்கலாம்,” என்கிறார் பெலிக்ஸ் ஹம்மல். “நான் ஆற்றலைச் சேர்த்து அதை குமிழி செய்தால், நிறைய நுரை உருவாகிறது — நான் குமிழி குளியலை ஒரு உற்சாகமான நிலையில் வைத்திருக்கிறேன் என்று நீங்கள் கூறலாம். ஆனால் நான் காத்திருந்தால், குமிழ்கள் வெடித்து, குளியல் அதன் அசல் நிலைக்குத் திரும்பும். தானே.”

உற்சாகமான நியூட்ரான் நிலைகள் பற்றிய கோட்பாடு சரியாக இருந்தால், நியூட்ரான் கற்றைகளில், பல்வேறு நியூட்ரான் நிலைகள் குறிப்பிடத்தக்க எண்ணிக்கையில் உள்ளன என்று அர்த்தம். மறுபுறம், பாட்டிலில் உள்ள நியூட்ரான்கள் கிட்டத்தட்ட தரை நிலை நியூட்ரான்களாக இருக்கும். எல்லாவற்றிற்கும் மேலாக, நியூட்ரான்கள் குளிர்ந்து ஒரு பாட்டிலில் பிடிக்கப்படுவதற்கு நேரம் எடுக்கும் – அந்த நேரத்தில், பெரும்பாலானவை ஏற்கனவே அவற்றின் நில நிலைக்குத் திரும்பியிருக்கும்.

“எங்கள் மாதிரியின்படி, நியூட்ரானின் சிதைவு நிகழ்தகவு அதன் நிலையைப் பொறுத்தது” என்கிறார் பெலிக்ஸ் ஹம்மல். தர்க்கரீதியாக, இது நியூட்ரான் பீமில் உள்ள நியூட்ரான்களுக்கும் நியூட்ரான் பாட்டில் உள்ள நியூட்ரான்களுக்கும் வெவ்வேறு சராசரி ஆயுட்காலத்திலும் விளைகிறது.

மேலும் பரிசோதனைகள் தேவை

“எங்கள் கணக்கீட்டு மாதிரி நாம் தேட வேண்டிய அளவுரு வரம்பைக் காட்டுகிறது” என்கிறார் பெஞ்சமின் கோச். “உற்சாகமான நிலையின் ஆயுட்காலம் 300 வினாடிகளுக்குக் குறைவாக இருக்க வேண்டும், இல்லையெனில் வேறுபாட்டை உங்களால் விளக்க முடியாது. ஆனால் அது 5 மில்லி விநாடிகளுக்கு மேல் இருக்க வேண்டும், இல்லையெனில் நியூட்ரான்கள் கற்றையை அடைவதற்கு முன்பே தரை நிலையில் இருக்கும். பரிசோதனை.”

முன்னர் கண்டுபிடிக்கப்படாத நியூட்ரான் நிலைகளின் கருதுகோள் கடந்தகால சோதனைகளின் தரவைப் பயன்படுத்தி சோதிக்கப்படலாம். இருப்பினும், இந்த தரவு மறு மதிப்பீடு செய்யப்பட வேண்டும். இருப்பினும், உறுதியான ஆதாரத்திற்கு மேலும் சோதனைகள் தேவைப்படும். அத்தகைய சோதனைகள் இப்போது திட்டமிடப்பட்டுள்ளன. இந்த நோக்கத்திற்காக, ஆராய்ச்சியாளர்கள் TU Wien இன் அணு மற்றும் துணை இயற்பியல் நிறுவனத்தில் உள்ள குழுக்களுடன் நெருக்கமாக தொடர்பு கொண்டுள்ளனர், அதன் PERC மற்றும் PERKEO சோதனைகள் இந்த பணிக்கு மிகவும் பொருத்தமானவை. சுவிட்சர்லாந்தின் ஆராய்ச்சிக் குழுக்கள் மற்றும் அமெரிக்காவில் உள்ள லாஸ் அலமோஸ் ஆகியவை ஏற்கனவே புதிய கருதுகோளைச் சோதிக்க தங்கள் அளவீட்டு முறைகளைப் பயன்படுத்துவதில் ஆர்வம் காட்டியுள்ளன. தொழில்நுட்ப ரீதியாகவும் கருத்தியல் ரீதியாகவும், தேவையான அளவீடுகளுக்கு எதுவும் தடையாக இல்லை. எனவே புதிய ஆய்வறிக்கை உண்மையில் இயற்பியலில் பல தசாப்தங்களாகப் பழமையான பிரச்சினையைத் தீர்த்துள்ளதா என்பதை விரைவில் அறிந்துகொள்ளலாம் என்று நம்பலாம்.