હાઇ એનર્જી પાર્ટિકલ ન્યુટ્રીનો પર સંશોધન માટે ભારતમાં ન્યુટ્રીનો ઑબ્ઝર્વેટરી

બ્રહ્માંડનાં રહસ્યો ઉકેલવા માનવી યુગોથી મથતો રહ્યો છે. સામાન્ય માનવ માટે તો શું, ફિલોસોફર અને વૈજ્ઞાનિક માટે પણ બ્રહ્માંડ એક અજીબ પહેલી બની રહ્યું છે.

બ્રહ્માંડની ઉત્પત્તિ શી રીતે થઈ?બ્રહ્માંડનાં મૂળભૂત તત્ત્વો કયાં? યુનિવર્સનાં એલિમેન્ટરી પાર્ટિકલ કયાં? વિજ્ઞાન આગળ વધતું જાય છે; પ્રશ્નો ઓર ગુંચવાતા જાય છે. “તે શું છે?” પ્રશ્નનો જવાબ મેળવવામાં આપણને પ્રાચીન વેદની વાણી ‘નેતિ નેતિ’ (ન ઇતિ ન ઇતિ અર્થાત It is not that, it is not that) પડઘા સંભળાય છે. Really it is neither this, nor that!

અણુ, પરમાણુ, પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન, ઇલેકટ્રોનથી આગળ વધી વિજ્ઞાન ફર્મિયોન, બોસોન, ક્વાર્ક, લેપ્ટોન … ક્યાં ક્યાં પહોંચ્યું! આજે ન્યુટ્રીનો વિશ્વનો સૂક્ષ્મતમ કણ, યુનિવર્સનો એક એલિમેન્ટરી પાર્ટિકલ વિજ્ઞાનને પડકારો ફેંકી રહ્યો છે. ભારતનાં એસ્ટ્રો-ફિઝિસિસ્ટ્સ તથા એસ્ટ્રોનોમિસ્ટ્સ પડકાર ઝીલવા સક્ષમ છે.

આપણા ગુજરાતી વૈજ્ઞાનિક વિશાલ ગજ્જરના ફાસ્ટ રેડિયો બર્સ્ટ પરના મહત્ત્વપૂર્ણ કાર્યે ભારતનું નામ ખગોળશાસ્ત્રના ક્ષેત્રમાં રોશન કર્યું છે, તે આપ ‘અનુપમા’ પર વાંચી ચૂક્યા છો.

ભારત સરકાર તામિલનાડુ (સાઉથ ઇંડિયા) માં ન્યુટ્રીનો રીસર્ચ ઑબ્ઝર્વેટરી સ્થાપવા જઈ રહી છે.

હાઇ એનર્જી પાર્ટિકલ ન્યૂટ્રીનો

ન્યુટ્રીનો એક હાઇ એનર્જી સબ એટમિક એલિમેન્ટરી પાર્ટિકલ છે. આપ કલ્પના પણ ન કરી શકો તેવો સૂક્ષ્માતિસૂક્ષ્મ પાર્ટિકલ છે.

જ્યારે યુનિવર્સ અસ્તિત્વમાં આવ્યું, ત્યારે બીજી જ ક્ષણે ન્યુટ્રીનોનો પણ જન્મ થયો. ન્યુટ્રીનોની ઉંમર પંદરસો કરોડ વર્ષની છે!!!

ન્યુટ્રીનો પ્રુથ્વીની આસપાસ વાતાવરણમાં એટલી પ્રચુર માત્રામાં છે કે આપણા શરીર પર લાખો – કરોડો ન્યુટ્રીનો અથડાતા હોવા છતાં આપણને જાણ સુદ્ધાં થતી નથી! કારણ એ કે તે લગભગ દળવિહીન (માસલેસ) છે! વળી તે ઇલેક્ટ્રિકલી ન્યૂટ્રલ છે; ચાર્જલેસ છે! અરે! શરીરની આરપાર એવો પસાર થઈ જાય કે આપણને ખબર પણ ન પડે!

તેને ઘોસ્ટ પાર્ટિકલ ન્યુટ્રિનો નામ આપવામાં આવ્યું છે.

તમામ એલિમેન્ટરી પાર્ટિકલ્સમાં એક માત્ર ન્યુટ્રીનો એવો એલિમેન્ટરી પાર્ટિકલ છે જે બ્રહ્માંડના એક છેડેથી બીજા છેડા સુધી કોઈ પણ પદાર્થ સાથે વિના પ્રક્રિયા કર્યે ‘રખડી’ શકે છે! ‘અનુપમા’ના વાચકો!  આપને આશ્ચર્ય થશે કે ગ્રહ હોય, તારો કે ગેલેક્સી હોય– કોઈ પણ સાથે દોસ્તી-દુશ્મની કર્યા વગર, પોતાના જન્મસમયના મૂળભૂત સ્વરૂપને બદલ્યા વગર, અછૂતો રહીને ન્યુટ્રીનો પૂરા બ્રહ્માંડમાં પ્રકાશની ગતિથી ઘૂમી વળે છે! ન્યુટ્રીનો એક માત્ર હાઇ એનર્જી સબ એટમિક એલિમેન્ટરી પાર્ટિકલ જે આમ કરી શકે છે!

વૈજ્ઞાનિકો એ જાણતા હતા કે ન્યુટ્રીનો સૂર્યમાંથી અને વાતાવરણમાંથી આપણી પૃથ્વી પર આવે છે, પરંતુ આપણી મિલ્કી વે ગેલેક્સીની પાર, બ્રહ્માંડના અજ્ઞાત સ્થાનોથી કોસ્મિક ન્યુટ્રીનો ક્યાંથી આવે છે તે હમણાં સુધી કોઈ જાણતા ન હતા.

જુલાઈ 2018ના બીજા અઠવાડિયામાં એન્ટાર્ક્ટિકા(દક્ષિણ ધ્રુવ) ની આઇસક્યુબ સાઉથ પોલ ન્યુટ્રીનો ઑબ્ઝર્વેટરીએ જાહેરાત કરી છે કે મિલ્કી વેને પાર કોસ્મિક ન્યુટ્રીનોનું ઉદભવસ્થાન શોધી કઢાયું છે. બ્રહ્માંડમાં દૂર ખૂણેથી આવતા ન્યુટ્રીનો આપણાથી 400 કરોડ પ્રકાશ વર્ષ દૂર આવેલ એક ગેલેક્સીમાંથી આવે છે. આઇસક્યુબ ઑબ્ઝર્વેટરીએ પરખેલા કોસ્મિક ન્યુટ્રીનોનો સ્રોત TXS-0506+056 નામની બ્લેઝર ગેલેક્સી છે. ( એક પ્રકાશવર્ષ = 9,460,700,000,000 કિલોમીટર )

આવો, ‘અનુપમા’ પર જાણી કે આઇસક્યુબ ન્યુટ્રીનો ઑબ્ઝર્વેટરી શું છે.

આઇસક્યુબ સાઉથ પોલ ન્યુટ્રીનો ઑબ્ઝર્વેટરી

પૃથ્વીના દક્ષિણ ધ્રુવ પર એન્ટાર્ક્ટિકા ખંડ છે. સાઉથ પોલર રીજીયનના એન્ટાર્ક્ટિકા પ્રદેશ પર ઘણે ભાગે બરફ છવાયેલો રહે છે. અહીં વૈજ્ઞાનિકોએ હાઇ એનર્જી પાર્ટિકલ્સ – ખાસ તો – ન્યુટ્રીનો પર વિશેષ અભ્યાસ-સંશોધન અર્થે ‘આઇસક્યુબ સાઉથ પોલ ન્યુટ્રીનો ઑબ્ઝર્વેટરી’ સ્થાપેલ છે.

એંટાર્ક્ટિકામાં એમંડસેન-સ્કોટ સાઉથ પોલ સ્ટેશન પાસે વર્ષ 2010માં સ્થપાયેલ આઇસક્યુબ ઑબ્ઝર્વેટરી માટે પ્રારંભિક ફંડ અમેરિકાના નેશનલ સાયન્સ ફાઉન્ડેશન (એનએસએફ, યુએસએ) દ્વારા આપવામાં આવ્યું.

આઇસક્યુબ ન્યુટ્રીનો ઑબ્ઝર્વેટરીની કામગીરી 2010માં શરૂ થઈ, તે અગાઉ પણ અહીં હાઇ એનર્જી સબ એટમિક એલિમેન્ટરી પાર્ટિકલ ન્યુટ્રીનો પર રીસર્ચ ચાલી રહી હતી. વીસમી સદીના છેલ્લા દાયકામાં ત્યાં એન્ટાર્ક્ટિક મ્યુઓન એંડ ન્યુટ્રીનો ડિટેક્ટર એરે (AMANDA) ના નેજા હેઠળ ન્યુટ્રીનો પર સંશોધન કાર્ય થતું હતું.

આઇસક્યુબ ઓબ્ઝર્વેટરી ખાતે અમેરિકા, જર્મની, જાપાન, ઓસ્ટ્રેલિયા, કેનેડા જેવા બારેક દેશોની સંસ્થાઓના 300 જેટલા વૈજ્ઞાનિકો કાર્યરત છે. આશરે પચાસેક સંસ્થાઓનું ‘આઇસક્યુબ કોલેબોરેશન’ આઇસક્યુબ ઑબ્ઝર્વેટરીને ધબકતી રાખે છે. તેમાં અમેરિકાની યુનિવર્સિટી ઑફ વિસ્કોન્સિન – મેડિસનનું યોગદાન અગ્રીમ છે.

આઇસક્યુબ ન્યુટ્રીનો ઑબ્ઝર્વેટરી વિશ્વનાં સૌથી પાવરફુલ ‘ન્યુટ્રીનો ડિટેક્ટર’ ઉપકરણો ધરાવે છે.

દક્ષિણ ધ્રુવની આ ઑબ્ઝર્વેટરીની લેબોરેટરી બર્ફીલી સપાટીની ઉપર છે, પરંતુ તેનાં વિશેષ મહત્ત્વનાં સાધનો ભૂગર્ભમાં, ઊંડે, બરફની વચ્ચે ગોઠવાયેલાં છે. પારદર્શક બરફની સપાટી પર બોર કરી (કાણાં પાડી) તેમાં વર્ટિકલ “સ્ટ્રિંગ”  ઉતારવામાં આવી છે. પ્રત્યેક સ્ટ્રિંગ પર અતિ સંવેદનશીલ લાઇટ સેન્સર્સ અથવા તો ડિજિટલ ઓપ્ટિકલ મોડ્યુલ્સ (ડિઓએમ) ગોઠવાયાં છે. આમ, આ વિશાળ ન્યુટ્રીનો ડિટેક્ટર ‘આઇસક્યુબ’ ભૂગર્ભમાં બરફના થરોમાં બનાવાયું છે. તેનાં અત્યાધુનિક સંવેદનશીલ સેંસર્સ સપાટીથી 1.5 થી 2.5 કિલોમીટર ઊંડે બરફની વચ્ચે છે.

પૃથ્વી પર હાઇ એનર્જી પાર્ટિકલ્સ – કોસ્મિક રેઝ – ન્યુટ્રીનોનો મારો થતો જ રહેતો હોય છે. તે પૈકી ન્યુટ્રીનો મેટર સાથે ભાગ્યે જ રીએક્ટ કરતા હોવાથી ડિટેક્ટ કરવા મુશ્કેલ હોય છે.

ઘોસ્ટ પાર્ટિકલ ન્યુટ્રીનોને ઓપ્ટિકલ ટેલિસ્કોપ કે અન્ય સામાન્ય ઉપકરણોથી,  સીધે સીધા ડિટેક્ટ કરવા લગભગ અસંભવ છે.

આઇસક્યુબ ન્યુટ્રીનો ઑબ્ઝર્વેટરીએ 2013 માં પ્રથમ ન્યુટ્રીનોને ડિટેક્ટ કર્યા, જે આપણી મિલ્કી વે ગેલેક્સીની બહારથી આવતા હતા. ઘણા ન્યુટ્રીનો હાઇ એનર્જી પાર્ટિકલ હોવા છતાં પ્રમાણમાં ‘વિક’ હોવાથી સેંસર્સની મર્યાદાને કારણે ડિટેક્ટ થતા નથી.  ન્યુટ્રીનો પૂરતી એનર્જી ધરાવતા હોય તો જ સેંસર્સ તેને પરખી શકે છે. આઇસક્યુબ ઑબ્ઝર્વેટરી રોજના 200 જેટલા ન્યુટ્રીનો ડિટેક્ટ કરે છે જેમાંના મોટે ભાગે નબળા હોય છે. હકીકત એ છે કે છેલ્લા ચારેક વર્ષમાં ઉક્ત ઑબ્ઝર્વેટરીએ માંડ 80 જેટલા હાઇ એનર્જી ન્યુટ્રીનો ઓબ્ઝર્વ કર્યા, પરંતુ તેમાંના એક પણ ન્યુટ્રીનોનું ઉગમસ્થાન પકડી શકાયું ન હતું.

22 સપ્ટેમ્બર, 2017ના રોજ કોસ્મિક ન્યુટ્રીનો રીસર્ચમાં એક અભૂતપૂર્વ ઘટના બની. હાઇ એનર્જી સબ એટમિક એલિમેન્ટરી પાર્ટિકલ ન્યુટ્રીનો ડિટેક્શનની ઘટના તો બની જ, સાથે જ વિશ્વની અન્ય ઓબ્ઝર્વેટરીઓના સહયોગથી આ કોસ્મિક ન્યુટ્રીનોનું પગેરું શોધાયું.

જુલાઈ 2018માં જાહેરાત થઈ કે બ્રહ્માંડમાંથી આવતા ન્યુટ્રીનોનો સ્રોત પૃથ્વીથી દૂર 400 કરોડ પ્રકાશવર્ષના અંતરે આવેલ એક ગેલેક્સી TXS-0506+056  છે. મિલ્કી વે પારના કોસ્મિક ન્યુટ્રીનોનો સ્રોત ‘શોધાવાની’ આ પ્રથમ અને ઐતિહાસિક ઘટના હતી.

‘અનુપમા’ના વાચકો કલ્પી શકશે કે પ્રકાશની અકલ્પ્ય ઝડપથી મુસાફરી કરી, ઉદગમસ્થાનની ગેલેક્સી છોડી 400 કરોડ વર્ષ પછી તે ન્યુટ્રીનો પૃથ્વી પર પહોંચ્યા! આ હકીકતને ગંભીરતાથી વિચારીએ તો પોતાના જન્મસમયનો ‘બર્થડે સ્યુટ’ જાળવી રાખી આવેલા કોસ્મિક ન્યુટ્રીનો પોતાના ‘જન્મસ્થાન’  વિશે ઘણી બધી માહિતી આપણને આપે શકે!

ખરા અર્થમાં કોસ્મિક ન્યુટ્રીનો પોતાની ગેલેક્સીના, બ્રહ્માંડના તે ખૂણાના દૂત કે સંદેશવાહક કે મેસેંજર બની રહે! વૈજ્ઞાનિકોને તેમની પાસેથી કેટલી કીમતી માહિતી મળી શકે! સાચે જ, ખગોળશાસ્ત્રના ક્ષેત્રે ન્યુટ્રીનો એસ્ટ્રોનોમી આજે મહત્ત્વની બ્રાંચ બનતી જાય છે.

તાજેતરમાં બોસોન – ગોડ પાર્ટિકલ – અને ગ્રેવિટેશનલ વેવના ડિટેક્શન આધુનિક વિજ્ઞાનની વિશેષ ઉપલબ્ધિઓ છે, તેમાં હવે ઘોસ્ટ પાર્ટિકલ ન્યુટ્રીનોના સોર્સના ડિટેક્શનની સિદ્ધિ શિરમોર સમી બની છે.

ભારત સરકાર સ્થાપે છે ન્યુટ્રીનો રીસર્ચ ઑબ્ઝર્વેટરી

હાઇ એનર્જી સબ એટમિક એલિમેન્ટરી પાર્ટિકલ ન્યુટ્રીનો પરના સંશોધનનું મહત્ત્વ ભારત સરકાર પણ સમજે છે. દક્ષિણ ધ્રુવ પર એન્ટાર્ક્ટિકાની આઇસક્યુબ સાઉથ પોલ ન્યુટ્રીનો ઑબ્ઝર્વેટરી આપણા માટે પ્રેરણા સમાન છે. ગવર્નમેન્ટ ઑફ ઇન્ડિયાએ દક્ષિણ ભારતમાં તામિલનાડુમાં હાઇ એનર્જી પાર્ટિકલ રીસર્ચ અને ન્યુક્લિયર ફિઝિક્સ રીસર્ચ માટે સંશોધનસંસ્થા સ્થાપવાનો નિર્ણય કર્યો છે. ‘ઇન્ડિયા-બેઝ્ડ ન્યુટ્રીનો ઑબ્ઝર્વેટરી’ (આઇએનઓ) પ્રૉજેક્ટ ભારત સરકારની મહત્ત્વાકાંક્ષી યોજના છે.

આ પ્રોજેક્ટ હેઠળ ઇંડિયન ગવર્નમેંટ ન્યુટ્રીનો રીસર્ચ માટે તામિલનાડુના થેની ડિસ્ટ્રિક્ટમાં અદ્યતન ભૂગર્ભ (અંડરગ્રાઉંડ) લેબોરેટરી બનાવી રહી છે. હકીકતમાં તે ન્યુટ્રીનો રીસર્ચ માટે ન્યુટ્રીનો ઑબ્ઝર્વેટરી છે. ‘ઇન્ડિયા-બેઝ્ડ ન્યુટ્રીનો ઑબ્ઝર્વેટરી’ (આઇએનઓ) પ્રૉજેક્ટ હેઠળ ભારતની સૌ પ્રથમ ન્યુટ્રીનો ઑબ્ઝર્વેટરી થેની જિલ્લા (તામિલનાડુ) ના પુદુકોટ્ટાઇ / પોટ્ટીપુરમ (?) પાસે બોડી વેસ્ટ હિલ્સમાં આકાર લેશે.

આઇએનઓની ન્યુટ્રીનો રીસર્ચ ઑબ્ઝર્વેટરી માટે વૈજ્ઞાનિકો તૈયાર કરવા હોમી ભાભા નેશનલ ઇન્સ્ટીટ્યૂટ પ્રયત્નશીલ છે.

અમેરિકામાં 2017માં ગુજરાતના યુવાન વિશાલ ગજ્જર (યુનિવર્સિટી ઓફ કેલિફોર્નિયા/ બ્રેક થ્રુ લિસન પ્રૉજેક્ટ) ના ફાસ્ટ રેડિયો બર્સ્ટ પરના સંશોધને ભારતનું નામ વિશ્વમાં ઉજ્વળ કર્યું છે. રેડિયો એસ્ટ્રોફિક્સ / રેડિયો એસ્ટોનોમીમાં રસ ધરાવતા વિશાલ ગજ્જર ભારતના યુવાનોને ન્યુટ્રીનો એસ્ટ્રોનોમીમાં પણ પ્રેરણા આપી શકે!

ઇન્ડિયા-બેઝ્ડ ન્યુટ્રીનો ઑબ્ઝર્વેટરી (આઇએનઓ) માત્ર ગવર્નમેન્ટ ઑફ ઇન્ડિયા માટે જ નહીં, સમગ્ર દેશ માટે ગૌરવ બની શકે છે.

નોંધ: જુલાઈ 17. આજે બેલ્જીયન એસ્ટ્રોનોમર જ્યોર્જીસ હેન્રી જોસેફ એડવર્ડ લેમાઇત્ર (Georges Henri Joseph Edouard Lemaitre) ની જન્મજયંતિ છે. બેલ્જીયમના આ ખગોળશાસ્ત્રીએ વિશ્વ સમક્ષ પ્રથમ વખત થિયરી મૂકી કે બ્રહ્માંડ વિસ્તાર પામી રહ્યું છે. પછીથી ‘The universe is expanding’ થિયરીને એડવિન હબલ નામના અમેરિકન એસ્ટ્રોનોમરે સાબિત કરી.

*** *** ** * ** ** **** * ** *** *** * * ** * * *** **** * ****  * *** * * **