Neutrino - যুক্তি, তক্কো, গপ্পো -- সঞ্চারী

“তোরে হেথায় করবে সবাই মানা।

হঠাৎ আলো দেখবে যখন

       ভাববে এ কী বিষম কান্ডখানা।“

                                  --[রবীন্দ্রনাথ ঠাকুর, ‘বলাকা’, ১]

যুগ যুগ ধরে সমাজ, সংসার, অথর্নীতি, রাজনীতি, ধর্ম, বিজ্ঞান-দর্শনের মত প্রত্যেকটি ক্ষেত্রেই যখন নতুনের জোয়ার এসেছে, রক্ষণশীলদের বাধা সবসময় তার প্রতিপক্ষ হয়ে দাঁড়িয়েছে ; যে কারণে সক্রেটিস কে পান করতে হয়েছে হেমলক, কোপারনিকাস-ডারউইন কে দেখানো হয়েছে গণশত্রু হিসাবে। কিন্তু তা সত্ত্বেও শেষ হাসি হেসেছে ‘সত্য’। আজ আবার বিজ্ঞান দাঁড়িয়ে সেরকম এক যুগ সন্ধিক্ষণে। যা স্বতঃসিদ্ধ, তার বাস্তবতা নিয়েই সন্দিহান বিজ্ঞানীসমাজ। তাদের চুলচেরা গবেষণায় আপাতত দিশাহারা (নাকি দিশাসন্ধানী!) বিজ্ঞান। নতুন কোন সিদ্ধান্তে যতক্ষণ গবেষককুল উপনীত হচ্ছেন, ততক্ষণ আমরা একবার আমাদের মতো করে অনুসন্ধান তথা পর্যালোচনা করে নিই সামগ্রিক পরিস্থিতি।
নিউট্রিনো নামে এক কণা নাকি আলোর চেয়েও জোরে ছোটে--ইদানিংকালে সংবাদপত্রে বা টিভি চ্যানেলে বহু আলোচিত একটি সংবাদ। আমরা যারা পদার্থবিদ্যা নিয়ে কিছুটা পড়াশোনা করেছি তারা ছাড়া নিউট্রিনোর সাথে তো বাকিদের হয়ত খুব বেশি পরিচয় ছিল না এতদিন! স্বাভাবিকভাবেই এক্ষেত্রে প্রশ্ন জাগে –

প্রাথমিক কথা হিসাবে আমরা একটু নিউট্রিনোর সাথে পরিচয় করে নেব ; জেনে নেব নিউট্রিনোর আমদানি হল কবে থেকে। তেজস্ক্রিয়তার উৎস থেকে বিটা (β) নামক কণার নিঃসরণ বা বিটা ডিকে (Beta Decay)-র সময় দেখা গেছিল বিভিন্ন শক্তির বিটা কণা বেরিয়ে আসছে; এদের শক্তির distribution দেখা গেছিল continuous, অর্থাৎ খুব শক্তিহীন বিটা কণা থেকে শুরু করে বেশ বেশি শক্তির বিটা কণারাও বেরিয়ে আসছিল। বিটা ডিকে ব্যাখ্যা করতে গিয়ে বিজ্ঞানীকুল পড়লেন মহা ফাঁপরে। বিজ্ঞান বলে সাধারণতঃ যে কোন রাসায়নিক, তেজস্ক্রিয় বা নিউক্লিয়ার বিক্রিয়াতেই শক্তি, ভরবেগ, কৌণিক ভরবেগ এইসব সংরক্ষিত থাকবে। আশ্চর্যজনকভাবে β নিঃসরণের ক্ষেত্রে কোন এক অজানা কারণে এই হিসাবগুলো কিছুতেই মিলছিল না। 1930 সালে আসরে নামলেন বিজ্ঞানী Wolfgang Pauli। যে পরশপাথরের সন্ধান পেতে বিজ্ঞানীকুল দিশেহারা হয়ে গেছিলেন, অতি সহজে অসাধারনভাবে তার সন্ধান দিলেন তিনি; হদিশ দিলেন এমন এক কণার যাকে খুঁজে পাওয়া ভারি শক্ত, যা সবকিছু ভেদ করে চলে যেতে পারে, যার ভর প্রায় নেই, কিন্তু শক্তি আছে, ভরবেগ মায় কৌণিক ভরবেগ ও আছে। এই কণাই নাকি সামগ্রিক ভাবে বিটা ডিকের শক্তি, ভরবেগ, কৌণিক ভরবেগ সংরক্ষণ করছে। মাথায় রাখতে হবে তখন পযর্ন্ত কিন্তু শুধু প্রোটন আর ইলেকট্রনের কথাই জানা। কোন আধান না থাকায়, প্রোটন আর ইলেকট্রনের সঙ্গে নাম মিলিয়ে Pauli এই কণাটির নাম দিলেন নিউট্রন (Neutron) অর্থাৎ কিনা যার কোন আধান নেই (neutral)। পরে 1932 সালে James Chadwick আরো ভারি একটি আধানবিহীন nuclear কণা খুঁজে পেলেন। তিনিও কণাটির নাম দিলেন নিউট্রন। খুবই গোলমেলে ব্যাপার। দুটি আলাদা কণার নাম একই কি করে হবে? এই গোলমালটা দূর করলেন বিজ্ঞানী Enrico Fermi। ‘ino’ বলতে খুব ছোট কণাকে বোঝায়। তাই বিটা ডিকে থেকে পাওয়া খুব ছোট হালকা কণাটির নাম তিনি দিলেন ‘নিউট্রিনো’। নিউট্রিনোর ভর খুব কম ; শূন্যের খুব কাছাকাছি। কোন রকম তড়িৎচুম্বকীয় বল একে প্রভাবিত করে না। একমাত্র খুব ক্ষুদ্র সীমার sub-atomic force একে প্রভাবিত করতে পারে। এসব কারণে কোন পদার্থের মধ্যে দিয়ে নিউট্রিনো খুব সহজেই চলে যেতে পারে কোন বাধা না পেয়ে বা শোষিত না হয়ে, অনেকটা সেই কিংবদন্তির ধনেশ পাখির তেলের মত। বহুরূপী, যারা বেশিরভাগই প্রাচীন পেশাগত দিক থেকে ব্যাধ, তাদের মধ্যে একটি সাধারণ বিশ্বাস রয়েছে যে ধনেশ পাখির দেহ থেকে যে তৈলাক্ত পদার্থ পাওয়া যায় তা নাকি হাতের পাতার ওপরে ঢাললে হাতের ভিতর দিয়ে নিচে চলে আসে। সহজে চলে যেতে পারা তো ভালো কথা, তবে কিনা এই ভালোটা নিউট্রিনোর দিক থেকে। এই ভালোর জন্যে বিজ্ঞানীদের হয়েছিল ভারি মুশকিল। কোন কিছু দ্বারা প্রভাবিত না হওয়ায় নিউট্রিনোদের খুঁজে পাওয়াও খুব শক্ত ছিল। তবে কাজ শক্ত হলেও কেউ কেউ তাঁদের কঠিন অধ্যবসায়ের মাধ্যমে সেটার সমাধানের উপায় ঠিকই খুঁজে নেন। 1956 সালে তাই নিউট্রিনোদেরও খুঁজে পাওয়া গেল। F. Reines, C. L. Cown, Jr. এবং আরো অনেকে মিলে করে ফেললেন কাজটা।

(উত্তর জানতে বোতাম টিপুন। বন্ধ করতেও তাই।)

এখনো অবধি যা জানা যাচ্ছে তাতে নিউট্রিনো একটি অতি নিরীহ কণা। কিন্তু এ হেন নিরীহ একটি কণা
হঠাৎ ঘটিয়ে ফেলেছে ভয়ানক এক বিপদ। গত সেপ্টেম্বর-এর শেষ দিকে CERN –এর OPERA Collaboration ঘোষণা করেছে Geneva-র CERN laboratory থেকে ইটালির Gran Sasso –র দিকে তাক করে ছোঁড়া নিউট্রিনোদের নাকি ছুটতে দেখা গেছে আলোর চেয়েও বেশি গতিতে। বিশ্বের তাবড় তাবড় বিজ্ঞানীদের মাথায় হাত পড়ে যাবার মত ঘটনা। আইনস্টাইনের Theory of  relativity বা আপেক্ষিকতাবাদ তো বলছে আলোর চেয়ে বেশি দ্রুতগামী কেউ নেই, হতেও পারে না – আলোর বেগকে cosmic constant আখ্যা দেওয়া হয়েছে। আইনস্টাইন-উত্তর বিজ্ঞান এই স্বীকার্যের উপর ভিত্তি করে এগিয়ে গেছে অনেকদূর। সেই গোড়াতেই যদি গলদ থাকে তাহলে পরবর্তী বিজ্ঞানের সব কাজও তো ব্যর্থ হয়ে যায়!

কি হলে কি হবে সেই ভাবনাটা বাদ দিয়ে একটু বিশদে জেনে নেওয়া যাক ঠিক কি ঘটেছে। 23 সেপ্টেম্বর, 2011 OPERA Collaboration জানিয়েছিল 17 GeV শক্তির নিউট্রিনোদের বেগ আলোর চেয়ে বেশি। OPERA Experiment এর মূল লক্ষ্য কিন্তু নিউট্রিনোদের বেগ মাপা ছিল না। এই এক্সপেরিমেন্টটার নাম কতৃর্পক্ষ উল্লেখ করেছেন CERN Neutrinos to Gran Sasso (CNGS) বলে। তো এই CNGS টিম আসলে কি দেখছিল? এরা দেখছিলেন ‘নিউট্রিনো অসিলেশন’ ( Neutrino Oscillation) যাতে মিউওন নিউট্রিনো (ν_μ) অসিলেট করে টাও নিউট্রিনোতে (ν_τ) পরিণত হয়। নিউট্রিনোদের বেগ মাপাটা এক্সপেরিমেন্টের একটি বাই-প্রোডাক্ট। Super Proton Synchrotron (SPS) নামক একটি যন্ত্র দিয়ে প্রোটনদের 400 GeV শক্তিতে ত্বরান্বিত করা হচ্ছিল। এরপর এদের ছুটতে দেওয়া হচ্ছিল। এই প্রোটনরা 2 মিটার দৈর্ঘ্যের গ্রাফাইট টার্গেটে পড়ে তৈরি করছিল পায়ওন/কেওন (π / K), যারা প্রত্যেকেই স্ট্যান্ডার্ড মডেলের মেসন শ্রেণীভুক্ত। দুটি ম্যাগনেটিক হর্ন ব্যবহার করে এই মেসন –দের ফোকাসিং করা হচ্ছিল। তারপর একটি 1000 মিটার (= 1 কিলোমিটার) লম্বা ভ্যাকুয়াম টানেলে মেসনরা ক্ষয় পেয়ে তৈরি করছিল মিউওন ও নিউট্রিনোদের। এর মধ্যে মিউওনদের বিষয়ে আমরা মোটেই আগ্রহী নই, বা বলা ভাল CNGS টিমের কর্তাব্যক্তিরা ছিলেন না। তাই মিউওনদের আগেই ছেঁকে নেওয়া হচ্ছিল। লম্বা পথ অতিক্রম করে Gran Sasso যাচ্ছিল শুধু নিউট্রিনোরা(ছবি: ১)।

ছবি: ১

তাহলে এখনো অবধি যা বোঝা গেল, তাতে দেখা যাচ্ছে CERN –এর টার্গেট থেকে Gran Sasso-এর ডিটেক্টরের দূরত্ব এবং এই দূরত্ব যেতে নিউট্রিনোরা যা সময় নেবে তা জানলেই আমরা নিউট্রিনোদের বেগ বা সংকীর্ণ অর্থে দ্রুতি জানতে পারব। এ তো ভারি সহজ ব্যাপার, তাই না! ছোটবেলা থেকেই তো আমরা জেনে আসছি যে,  দ্রুতি = দূরত্ব/সময়। শুধু এই কারণে এত অর্থ ব্যয়!

না, তা মোটেই নয়। শুধু তা হলে বিজ্ঞানীরা মোটেই এটা নিয়ে এত মাথা ঘামাতেন না। ব্যাপারটা আপাতদৃষ্টিতে যা মনে হচ্ছে তার চেয়ে অনেক অনেক বেশি জটিল। টার্গেট ও ডিটেক্টরের দূরত্ব বা এই দূরত্ব যেতে নিউট্রিনোদের নেওয়া সময় কোনটাই সহজে মাপা যায়নি।

প্রথমে জানা দরকার CERN থেকে Gran Sasso-র দূরত্ব। এর জন্যে GPS (Global Positioning System) পদ্ধতির সাহায্য নেওয়া হয়েছিল। Gran Sasso-র ডিটেক্টরটা যার নামটাই আসলে OPERA , তার সঠিক পজিশন মাপার জন্য Gran Sasso-এর 10 কিলোমিটার লম্বা highway tunnel-এর দুইপাশে GPS benchmark বসানো হয়েছিল। প্রোটনদের টার্গেটের ফোকাল পয়েন্টের পজিশনও GPS –এ পাওয়া গেছিল। এইদুটো পজিশন থেকে টার্গেট আর ডিটেক্টরের  দূরত্বের মান পাওয়া গেছিল (730534.61 +/- 0.20) মিটার। এর সঙ্গে BCT ( Beam Current Transformer যা কিনা প্রোটন বিমের time structure মাপে)  আর টার্গেটের দূরত্ব (743.391 +/- 0.002) মিটার যোগ করলে প্রয়োজনীয় দূরত্বের মান দাঁড়াচ্ছে (731278.0 +/- 0.2) মিটার বা প্রায় 731.278 কিলোমিটার। মহাদেশীয় পাত সঞ্চালন বা ভূমিকম্পের ফলে দুটি জায়গার দূরত্বের যে সামান্য পার্থক্যও ঘটে তার হিসাবও রাখা হয়েছিল এই পদ্ধতিতে।
নিউট্রিনোদের জন্মবৃত্তান্ত তো আগেই জানা গেছে। এর পরেও তো বাকি থেকে যাচ্ছে অনেককিছু ;  পুরো ব্যাপারটার অনেক অনেক খুঁটিনাটি। কিরকম? যেমন, উৎস থেকে প্রোটনরা কিন্তু একটানা বেরচ্ছিল না। তাহলে? ধরা যাক, শাটার দেওয়া একটা জানালা আছে। জানলাটা t সময় খুলে রেখে কিছু প্রোটনকে বেরিয়ে যেতে দেওয়া হল অর্থাৎ প্রথম এক্সট্র্যাকশন করা হল। এরপর T সময় জানলাটা বন্ধ রেখে আবার t সময়ের জন্য খুলে প্রোটনদের এক্সট্র্যাকশন হল। ঠিক এভাবেই OPERA experiment –এ প্রোটন পাল্‌স্‌ যেতে দেওয়া হচ্ছিল t = 10.5 মাইক্রোসেকেন্ড ধরে। এভাবে দুবার প্রোটন পাল্‌স্‌ পাঠানো হচ্ছিল যাদের মধ্যে সময়ের ব্যবধান ছিল T = 50 মিলিসেকেন্ড। CNGS নিউট্রিনোদের CERN থেকে Gran Sasso যেতে কত সময় লাগে সেটা কিভাবে মাপা হচ্ছিল? এটা মাপতে একটু ঘুরপথ ব্যবহার করছিলেন বিজ্ঞানিরা। উৎস থেকে যে প্রোটনরা বেরচ্ছিল 10.5 ন্যানোসেকেন্ডে তাদের time distribution দেখা হচ্ছিল প্রথমে। সেটা কি?  এই t = 10.5 মাইক্রোসেকেন্ড সময়টাকেও যদি আবার অতি ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র ভাগে ভেঙ্গে নেওয়া যায়, তাহলে দেখা যাবে, যে সবসময় প্রোটন বের হবার সম্ভাবনা একরকম ছিল না। বিভিন্ন সময়ে প্রোটনরা কি ঘনত্বে বেরিয়ে আসছে তার সম্ভাবনার ছবিটাকে বলে প্রোটনদের Probability Density Function (Proton PDF)। (ছবি: ২)প্রোটনরা বেরিয়ে আসার সময় GPS এ একটা সিগ্‌ন্যাল যাচ্ছিল ও এই বেরিয়ে আসা প্রোটন তরঙ্গতে একটা stamp মারা হচ্ছিল ঠিক যেমন বিভিন্ন অফিসে কোন কাগজপত্র গ্রহণ করার সময় মারা হয়। তবে এক্ষেত্রে stamp টা একটু আলাদা, এটা হচ্ছে time stamp। কোন সময় প্রোটন বেরিয়ে এসেছে তার ওপর কড়া নজরদারি রেখে এই stamp টা মারা হচ্ছিল। যে বিশেষ জায়গা থেকে প্রোটন বেরিয়ে এল সেই coordinate-এর universal time –এর রেকর্ড রাখা হচ্ছিল GPS –এ। এই প্রোটন থেকেই তো আমরা পাবো নিঊট্রিনোদের। এখানে কিন্তু একটা সমস্যা থেকে যাচ্ছে। এটা উল্লেখ করা জরুরি যে, এই নিউট্রিনোদের জন্মকুন্ডলী নিয়েও ছিল ধোঁয়াশা! প্রোটন বেরনোর জানলাটা যতক্ষণ খোলা ছিল তার মধ্যে বেরনো যে কোন প্রোটন থেকেই তো নিউট্রিনো তৈরি হয়ে ডিটেক্টরে ধরা পড়তে পারে। আরেকটু সহজভাবে বলা যাক। যে 10.5 মাইক্রোসেকেন্ড ধরে প্রোটন বেরচ্ছিল তার মধ্যে কোন প্রোটন যে কোন নিউট্রিনোর পূর্বপুরুষ তা নিখুঁতভাবে বোঝার উপায় পাওয়া যাচ্ছিল না।

ছবি: ২

এই সমস্যাটার একটা সমাধান এখানে করা হয়েছিল। দুটো প্রোটন এক্সট্র্যাকশনের ফলাফল যোগ করে এবং normalize করে পাওয়া যাচ্ছিল বিভিন্ন সময়ে নিউট্রিনোরা কি ঘনত্বে বেরিয়ে আসছে তার সম্ভাবনার একটা গড় ছবি। এটাকে বলা হয় নিউট্রিনোদের PDF। নিউট্রিনোদের সনাক্ত করার সময়ে আবার মারা হচ্ছিল time stamp। GPS-এ রেকর্ড রাখা হচ্ছিল সময়ের।

তাহলে এ অবধি যা বোঝা গেল তাতে GPS-এ ওই যে দুটো সময়কে রেকর্ড করে রাখা হয়েছিল, তাদের মধ্যে ব্যবধানই হল নিউট্রিনোদের যেতে যতটা সময় লেগেছে। এই সময় লাগাটা যদি আলোর এই দূরত্ব যেতে যে সময় লাগবে তার সাথে তুলনা করা যায় তাহলেই বোঝা যাবে কার বেগ বেশি – আলো না নিউট্রিনো! তার জন্য প্রথমে দেখতে হবে আলোর কি সময় লাগা উচিত। আলোর বেগ তো জানাই আছে – 2.99792458 x 10⁸ মিটার/সেকেন্ড। তাই CERN থেকে Gran Sasso যেতে কত সময় লাগবে তা বার করতে পারবে যে কোন স্কুল পড়ুয়াই। এই সময়টাকে বলা যাক T_c । এবারে দেখতে হবে নিউট্রিনোদের কি সময় লাগছে। ধরা যাক এই সময়টা পাওয়া গেল T_ν । এই দুটো সময়ের পার্থক্য, δt = T_c - T_{ν ।} প্রাথমিক ভাবে যদি ধরে নেওয়া যায় যে নিউট্রিনোদের বেগ আলোর সঙ্গে সমান তাহলে CERN থেকে Gran Sasso যেতে নিউট্রিনোদের আর আলোর একই সময় লাগার কথা। অর্থাৎ, সেক্ষেত্রে δt –এর মান হবে 0। বলা বাহুল্য, তা কিন্তু হয়নি এবং হয়নি বলেই এত সমস্যা দেখা দিয়েছে। প্রোটনদের PDF আর নিউট্রিনোদের PDF এর ছবি একটা অন্যটার উপর ফেলে, মানে superpose করে দেখা গেছিল এদের মধ্যে একটা time shift আছে, একটা অন্যটার ঠিক ঘাড়ে ঘাড়ে পড়ছে না। ঘাড়ে ঘাড়ে পড়তে গেলে নিউট্রিনো PDF এর সময়টা একটু সরিয়ে দিতে হবে, তাই δt –এর মান শূন্য হবেনা। (ছবি: ৩)এভাবে δt-এর মানটা পাওয়া গেছে (1048.5 +/- 6.9 (statistical))। এরপরেও আছে কারেকশন। সেই সব ( 987.8 ন্যানোসেকেন্ড ) বাদ দিয়ে এবং যন্ত্রপাতির প্রমাদ ধরলে (7.4 ন্যানোসেকেন্ড) শেষমেশ ওই মানটা দাঁড়ায় (60.7 +/- 6.9 (statistical) +/- 7.4 (system)) ন্যানোসেকেন্ড। কিন্তু এক্ষেত্রে গণনায় তো একটা ভুল থেকে যায়! টানেলের কোথায় নিউট্রিনো তার জন্মদাতা মেসন থেকে তৈরি হচ্ছে সেটা তো জানা ছিল না! এ প্রসঙ্গে অবশ্য OPERA টিম জানিয়েছিল তাদের ব্যাখ্যা। আসলে মেসন কণাদের বেগ আলোর বেগের খুব কাছাকাছি। ধরা যাক, প্রোটন-টার্গেট থেকে ডিটেক্টরে পৌঁছতে আলোর বেগে চলা কোন কণা সময় নেবে t1। আবার যদি ধরা হয় মেসনরা ডিকে করার আগে পর্যন্ত তাদের নিজেদের বেগে চলেছে এবং বাকি রাস্তা নিউট্রিনোরা গেছে আলোর বেগে এবং পুরো এই চলাটায় সময় লেগেছে t2, তবে t2 আর t1 –এর তফাৎ হয় মাত্র .2 ন্যানোসেকেন্ড। অর্থাৎ, যেহেতু এখন পর্যন্ত পাওয়া সবরকম কারেকশন ধরে নিলেও আলোর পৌঁছনোর সময়টা নিউট্রিনোর চেয়ে বেশি তাই স্বভাবতই নিউট্রিনো আলোর চেয়ে বেশি গতিতে না গেলে এটা সম্ভব হত না!

কিন্তু এই ফলাফল কি সত্যিই সম্ভব? আইনস্টাইনের special relativity অনুযায়ী আলোর বেগে চলতে গেলে কণাটির কোন ভর থাকা চলবে না। আলোর বেগে পৌঁছতে গেলে ওর ভর সব পালটে ফেলতে হবে শক্তিতে। কিন্তু নিউট্রিনোদের তো ভর আছে, তা সে যত কমই হোক না কেন। পরীক্ষার ফলাফল অনুযায়ী নিউট্রিনো আবার আলোর চেয়েও দ্রুতগামী। সেটাই বা কি করে সম্ভব? Special relativity তো এটাও বলেছে কোন কিছুর বেগ আলোর বেগের কাছাকাছি গেলেই তার সময় ধীরে চলতে থাকে। তাই কোনভাবেই আলোর বেগের কাছে পৌঁছনোর উপায় থাকছে না। এই ফলাফল যদি সত্যি হয় তবে আমাদের ভাবতে হবে special relativity –র বাইরে গিয়ে।

CERN-এর রিসার্চ ডিরেক্টর Sergio Berlolucci এ প্রসঙ্গে বলেছেন, “ When an experiment finds an apparently unbelievable result and can find no artifact of the measurement to account for it, it’s normal procedure to invite broader scrutiny.”

Fermilab, Chicago তে এ ধরণের এক্সপেরিমেন্ট আগে করা হয়েছিল। MINOS নামের এই এক্সপেরিমেন্টটি হয় 2007 সালে। কিন্তু সেখানে এক্সপেরিমেন্ট-এর যে error margin ছিল তাতে পরিষ্কার বোঝা যায়নি নিউট্রিনোরা সত্যিই দৌড়ে আলোকে হারিয়ে দেয় কিনা। CERN –এর OPERA এক্সপেরিমেন্ট-এ error margin ছিল 10 ন্যানোসেকেন্ড (1 সেকেন্ডের 10 কোটি ভাগের 1 ভাগ)। এদিকে দেখা গেছে যে Geneva  থেকে Gran Sasso যেতে আলোর যে সময় লাগার কথা, নিউট্রিনোরা নিয়েছে তার চেয়ে 60 ন্যানোসেকেন্ড কম সময়। তাই error margin টাকে গুরুত্ব দিলেও কিন্তু এই সময়ের তারতম্য হওয়াটা একটা গুরুত্বপূর্ণ সংখ্যা হিসাবেই পাওয়া যাচ্ছে ; অর্থাৎ কিনা , সংখ্যাটা এত ছোট হচ্ছে না যাতে ধরে নেওয়া যায় যে এই পরিমাপটা আসলে আমাদের যন্ত্রপাতির ভুলে (ঠিক ভুল নয়, পরিমাপের ক্ষেত্রে এটা হচ্ছে সহ্যমাত্রা) বা ক্যালকুলেশনের প্রমাদে। এসব কারণে Fermilab, Chicago চাইছে ফলাফলটা re-analyse করতে।

নিউট্রিনোদের অদ্ভুত আচরণ ব্যাখ্যা করতে অনেক রকমের তত্ত্ব পাওয়া যাচ্ছে। এর সবগুলো এই পরিসরে জানানো সম্ভব নয় বা জানানো খুব জরুরিও নয়। যে কটা বেশ আকর্ষক আমরা কেবল সেগুলোই এখানে আলোচনা করব।

১) একটা বড়সড় আপত্তি তুলেছেন জ্যোতির্বিজ্ঞানিরা।

তাঁরা বলছেন 1987 সালের একটি সুপারনোভা বিস্ফোরণের কথা। কিছু কিছু সুপারনোভার মধ্যে নিউট্রিনো সুপ্রচুর পরিমাণে থাকে। কি করে তৈরি হয় এই নিউট্রিনোরা? আসলে supernova-দের core -এর ঘনত্ব এত বেশি থাকে যে প্রোটন ও ইলেকট্রনরা যুক্ত হয়ে নিউট্রন (n) ও ইলেকট্রন নিউট্রিনোতে (νe) পরিণত হয়। আবার এই যে নিউট্রনরা তৈরি হল, এরা আবার নিউট্রন কোর তৈরি করে যেটা ভেঙ্গে জন্ম দেয় নিউট্রিনো-আন্টিনিউট্রিনো জোড়ের। SN1987A নামের এই সুপারনোভাটির থেকে তিনটি আলাদা আলাদা এক্সপেরিমেন্ট-এ নিউট্রিনো গুচ্ছ সনাক্ত করা হচ্ছিল। দেখা গেছিল বিস্ফোরণের ফলে যে নিউট্রিনোরা পৃথিবীতে এসেছিল, 15 সেকেন্ডের burst-এর মধ্যে তাদের পৃথিবীতে সনাক্ত করা হয়েছিল | আলো এসে পৌঁছেছিল তার 2-3 ঘন্টা বাদে| সেসময় ব্যাখ্যা দিতে গিয়ে বলা হয়েছিল যে নিউট্রিনোরা পদার্থের মধ্যে দিয়ে খুব সহজে বেরিয়ে যায়, কিন্তু আলো শোষিত হয়, বিভিন্ন মাধ্যমে এর বেগ-ও বিভিন্ন, তাই আলো আসতে সময় নিয়েছিল বেশি। OPERA এক্সপেরিমেন্ট-এ নিউট্রিনোদের বেগের যে মান পাওয়া গেছে তা সঠিক হলে এই নিউট্রিনোদের পৌঁছনোর কথা আলোর প্রায় বছরখানেক আগে। তাহলে কি অন্য কোন কারণ আছে ? সুপারনোভা SN1987A-এর ক্ষেত্রে বেরিয়ে এসেছিল ইলেকট্রন নিউট্রিনো (νe)। আর OPERA এক্সপেরিমেন্টের নিউট্রিনোরা মিউওন নিউট্রিনো (νμ)। তফাৎ কি এই জন্যেই হচ্ছে? এর উত্তর দিতে বলা যায় যে, নিউট্রিনোরা তো অনায়াসে এক রকম থেকে অন্য রকমে রূপ পালটাতে পারে। সুপারনোভা থেকে পৃথিবীতে পৌঁছনোর দীর্ঘ যাত্রাপথে তাহলে অনায়াসেই ওই ইলেকট্রন নিউট্রিনোরা (νe) মিউওন নিউট্রিনোতে (νμ) পরিবর্তিত হতে পারত। আবার যদি শক্তির কথা চিন্তা করা যায়, তাহলে সুপারনোভার নিউট্রিনোদের শক্তি ছিল 5-40 MeV –এর মধ্যে। কিন্তু OPERA এক্সপেরিমেন্টে নিউট্রিনোদের গড় শক্তি 17 GeV। এর জন্যেও কোন তফাৎ হতে পারে। এই যুক্তিকেও ভুল বলেছেন বিজ্ঞানীরা। কারণ OPERA কিন্তু আগেই দেখিয়েছে যে শক্তির কোন ভূমিকা এখানে নেই, সব শক্তির নিউট্রিনোদেরই সমান পথ অতিক্রম করতে কমবেশি একই সময় লাগবে।

২) আর একটা তত্ত্ব দাবি করেছে, এক্ষেত্রে তো ট্যাকিওন (Tachyon) বেরতে পারে।

ট্যাকিওন এমন একটা কণা যার ভর কাল্পনিক (imaginary)। কণাটি তাই স্বভাবতই আলোর চেয়ে দ্রুতগামী। সাধারণ কণাদের ক্ষেত্রে যেখানে রিলেটিভিস্টিক শক্তি E কে প্রকাশ করা যায় এইভাবে : E2 = p2c2 + m2c4 (m=কণার ভর, p=কণার ভরবেগ, c=আলোর বেগ ), সেখানে ট্যাকিওনের ক্ষেত্রে E2 = p2c2 - M2c4 (M=ট্যাকিওনের ভর)। কিন্তু সাধারণ কণা বা ট্যাকিওন দুজনের ক্ষেত্রেই এটা সত্যি যে, শক্তি যত বেশি হবে তাদের বেগ আলোর বেগের তত কাছাকাছি পৌঁছবে। সাধারণ কণার বিপরীত ভাবে বেশি শক্তির ট্যাকিওনরা তাই কম শক্তির ট্যাকিওনদের চেয়ে কম গতিতে চলবে যেহেতু ট্যাকিওনদের সাধারণ বেগ আলোর চেয়ে বেশি। OPERA –র ফলাফলে কিন্তু সেরকম কিছু দেখা যায়নি। তাই অগত্যা এই তত্ত্বটা বাদ দিতে হয়েছে।

৩) Andrew G. Cohen ও Sheldon L. Glashow নামক দু'জন প্রখ্যাত বিজ্ঞানী এক অন্য আঙ্গিকে প্রশ্ন তুলেছেন এই অতিআলোকীয় ঘটনার বাস্তবতা সম্পর্কে।

এঁরা বলেছেন যে, OPERA নিউট্রিনোদের প্রাথমিক শক্তি ও বেগ যেমনটা দাবি করেছে তা যদি ঠিক হয় তবে যাত্রাপথে নিউট্রিনোরা সমানে হারিয়ে ফেলত তাদের শক্তি -- অতি দ্রুত হারে -- যাতে এই নিউট্রিনোদের শক্তি পৌঁছত একটা terminal মানে। এই প্রক্রিয়ার নাম Cohen-Glashow radiation। নিউট্রিনোরা এক্ষেত্রে অন্য একটি nuclear process-এর মাধ্যমে তৈরি করে ইলেকট্রন-পজিট্রন জোড় এবং কম শক্তিসম্পন্ন নিউট্রিনোদের। OPERA-র দাবি অনুযায়ী পাওয়া নিউট্রিনোদের বেগ ব্যবহার করে এই terminal energy –এর মান এঁরা পেয়েছিলেন 12.5 GeV। এই process-টার জন্য ন্যূনতম প্রয়োজনীয় শক্তি (Threshold energy)পাওয়া গেছিল 140 MeV এর বেশি। OPERA এক্সপেরিমেন্টে ইলেকট্রনদের প্রাথমিক শক্তি এর চেয়ে অনেক বেশি। তাই এই কম শক্তির নিউট্রিনোদের তৈরি হতে বাধা নেই কোন। প্রাথমিক ভাবে 12.5 GeV-র বেশি শক্তিসম্পন্ন অতিআলোকীয় নিউট্রিনোদের শক্তি ক্ষয় না করে দীর্ঘ পথ পেরিয়ে ডিটেক্টরে পৌঁছনোর সম্ভাবনা অত্যন্ত সামান্য।

৪) আরো একটি ব্যাখ্যায় বলা হয়েছে যে নিউট্রিনো কনডেন্‌সেট্‌ বা ডার্ক এনার্জির সঙ্গে নিউট্রিনোদের interaction হয়। এর ফলে নিউট্রিনোরা আলোর চেয়ে বেশি বেগে যেতে পারে। অন্য আরেকদল বলছেন OPERA টিম proton PDF এক্সট্র্যাকশনে কিছু ভুল করে থাকতে পারে। হয়ত এমনটা হতেই পারে যে proton PDF  আর neutrino PDF পুরোপুরি এক নয়!

৫) OPERA-র জন্যে নতুন একটা সমস্যা তৈরি করেছেন ICARUS এক্সপেরিমেন্টের সঙ্গে যুক্ত বিজ্ঞানীরা।

OPERA যে নিউট্রিনো উৎস ব্যবহার করেছিল এরা সেই একই উৎসের নিউট্রিনোদের ব্যবহার করেছিলেন। তরল আর্গন ডিটেক্টর ব্যবহার করে এরা মিউওন নিউট্রিনো সনাক্ত করেছিলেন। আর্গন পরমাণুদের সাথে মিউওনদের interaction হবার ফলে মিউওনরা এমন এক চিহ্ন রেখে দিচ্ছিল যেটা ছিল ওদের শক্তির উপর একান্ত নির্ভরশীল। তাই জানা যাচ্ছিল মিউওনরা কি শক্তি নিয়ে এসেছিল। ফলাফল যা পাওয়া যাচ্ছিল তা কিন্তু মোটেই যেমনটা আশা করা গেছিল তেমন নয়। OPERA –র ফলাফল ঠিক ধরে নিয়ে Cohen-Glashow নিউট্রিনোদের যে terminal energy –র কথা বলেছিলেন, ICARUS-এর পরীক্ষালব্ধ ফলে দেখা গেছে সম্পূর্ণ আলাদা energy distribution। অর্থাৎ, OPERA –র দাবির বিপক্ষে গেছে ICARUS-এর ফল। ICARUS কর্তৃপক্ষ জানিয়েছেন যে আলো ও নিউট্রিনোদের বেগের মধ্যে OPERA কর্তৃপক্ষ যা তফাৎ দাবি করেছেন, আসলে তফাৎটা তার চেয়ে অন্তত তিন ঘাত কম তাৎপর্যপূর্ণ (smaller by three orders of magnitude); যা প্রায় শূন্যের কাছাকাছি।

OPERA কর্তৃপক্ষ স্বভাবতই এতে খুশি নন। Cohen-Glashow দের তত্ত্বকেও তারা পুরো স্বীকার করতে পারছেন না। ICARUS-ও তাদের বেশ অস্বস্তিতে ফেলেছে। এখন সবটাই নির্ভর করছে নতুন গবেষণা তথা সময়ের উপর। আরো নতুন তত্ত্ব ও ব্যাখ্যাই বলে দেবে কোনদিকে পাল্লা ভারি হয়! OPERA –র দাবি সত্যি হলে নতুন ঝড় উঠবে বিজ্ঞানের আকাশে। পদার্থবিজ্ঞানের অনেক ক্ষেত্র হয়ত নতুন করে লিখতে হবে ; পুরনো তত্ত্ব নতুন করে ব্যাখ্যা করতে গিয়ে বিজ্ঞানের গতি হয়ত সাময়িক ভাবে কিছুটা মন্দীভূত হবে। কিন্তু নিশ্চিতভাবে ইতিহাসের পুনরাবৃত্তি ইতিহাস নিজেই ঘটাবে, আবার ছুটবে অশ্বমেধের ঘোড়া, পিঠে নবোদ্ঘাটিত সত্যে বর্মাবৃত বিজ্ঞান।

ছবি-সৌজন্য OPERA Collaboration; তাই প্রথম ধন্যবাদটা তাদেরই প্রাপ্য। লেখাটার জন্য চাপ দেওয়াতে আমি সুনন্দদার কাছে কৃতজ্ঞ, মাঝে মাঝে ফোন না করলে লেখাটা যে কতদিনে হত জানিনা! লেখাটা ড্রাফ্‌ট অবস্থায় পড়ে মতামত দেবার জন্য চিরশ্রীকে ধন্যবাদ। পরের ধন্যবাদটা অবশ্যই দিতে হচ্ছে প্রমিতকে; বারবার পড়া, বিভিন্ন জায়গা সহজবোধ্য করা দরকার কিনা সেটা বলে দেবার জন্য আর অবশ্যই এ সময় সংসারের টুকিটাকি কাজগুলো আমার হয়ে করে দেবার জন্য। আর শেষ ধন্যবাদটা তাদের প্রাপ্র্য যারা লেখাটা পুরোটা পড়লেন আর মতামত জানানোর কথা ভাবছেন।

 তথ্যসূত্র :

1. wiki/Neutrino,

2. T. Adam, et al.,OPERA collab. , arXiv: 1109.4897 [hep-ex],

3. Cohen and GlashowarXiv: 1109.6562v1 [hep-ph],

4. Drago, Masina,Pagliara, Tripiccioni arXiv: 1109.5917v1 [hep-ph],

5. Mann and Sarkar arXiv: 1109.5749v2 [hep-ph],

6. Gardner arXiv:1109.6520v2 [hep-ph],

7.  Knobloch arXiv: 1110.0595 [hep-ex],

8.  www.Stanford.edu.

9.  www.zmescience.com,

10. phantom-of-opera.

11. www.bbc.co.uk/news/science-environment-15830844.