കോടിക്കണക്കിന് ഡോളറും ആയിരിക്കണക്കിന് ഗവേഷകരുടെ അധ്വാനവും ചെലവിട്ട് നിര്‍മിക്കുന്ന ലാര്‍ജ് ഹാഡ്രോണ്‍ കൊളൈഡര്‍ പോലുള്ള യന്ത്രങ്ങളെ ഒരര്‍ഥത്തില്‍ അപ്രസക്തമാക്കുകയാണ് ചെലവുകുറഞ്ഞ സ്മാര്‍ട്ട് പരീക്ഷണങ്ങള്‍. അവയില്‍ ചിലത് പരിചയപ്പെടാം

Gravitation
ആന്‍ഡ്രൂ ഗെരേസി പരീക്ഷണമേശയ്ക്കരികില്‍. ചിത്രം കടപ്പാട്: PHYS.ORG

 

ഒന്നാലോചിച്ചാല്‍ നമ്മുടെ ഭൂമിയുടെ കാര്യം കഷ്ടമാണ്. ഇത്രയും വലിയ ഭൂമിക്ക് ഇത്തിരി പോന്ന ഒരു കാന്തത്തിനടുത്ത് പോലും ചില കാര്യങ്ങളില്‍ നേര്‍ക്കുനേര്‍ പിടിച്ചുനില്‍ക്കാന്‍ കഴിയില്ല!

ഇത് വെറുതെ പറയുന്നതല്ല. തറയില്‍ കിടക്കുന്ന ഒരു പേപ്പര്‍ ക്ലിപ്പിന്റെ ഉദാരണമെടുക്കുക. ഭൂമി അതിന്റെ ഗുരുത്വബലം മുഴുവന്‍ ക്ലിപ്പിന് മേല്‍ ചെലുത്തുന്നുണ്ട്. എന്നിട്ടും, ചെറിയൊരു കാന്തംകൊണ്ട് ആ പേപ്പര്‍ ക്ലിപ്പിനെ പുഷ്പംപോലെ പൊക്കിയെടുക്കാം. ഭൂമിയുടെ മുഴുവന്‍ ഗുരുത്വബലത്തെയും തോല്‍പ്പിക്കാന്‍ ആ ചെറുകാന്തം മതി!

ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിന് ഇനിയും പിടികിട്ടാത്ത സംഗതിയാണ്, എന്തുകൊണ്ട് ഗുരുത്വബലം ഇത്ര ദുര്‍ബലമായി അനുഭവപ്പെടുന്നു എന്നത്. പ്രപഞ്ചത്തില്‍ നാല് അടിസ്ഥാന ബലങ്ങളാണുള്ളത്-ആറ്റങ്ങളുടെ ന്യൂക്ലിയസിനെ ബന്ധിപ്പിച്ച് നിര്‍ത്തുന്ന അതിബലം (സ്‌ട്രോങ് ഫോഴ്‌സ്), ഭാരമേറിയ ആറ്റമിക ന്യൂക്ലീയസുകളെ പിളര്‍ത്തുകയും റേഡിയോ ആക്ടീവതയ്ക്ക് കാരണമാവുകയും ചെയ്യുന്ന ക്ഷീണബലം (വീക്ക് ഫോഴ്‌സ്), വൈദ്യുതകാന്തിക ബലം, ഗുരുത്വബലം എന്നിവ.  

ഇതില്‍ ഗുരുത്വബലം എന്തുകൊണ്ട് ഏറെ ദുര്‍ബലമായി അനുഭവപ്പെടുന്നു എന്നത് പുതിയ നൂറ്റാണ്ടില്‍ ഭൗതികശാസ്ത്രം ഉത്തരം നല്‍കേണ്ട വിഷമപ്രശ്‌നങ്ങളിലൊന്നാണ്. ചില ഗവേഷകര്‍ മുന്നോട്ടുവെയ്ക്കുന്ന വിശദീകരണം അനുസരിച്ചാണെങ്കില്‍, പ്രപഞ്ചത്തില്‍ നമുക്ക് അനുഭവേദ്യമല്ലാത്ത ചില ഡൈമന്‍ഷനുകള്‍ (മാനങ്ങള്‍) ഉണ്ട്. മറ്റ് മൂന്നു ബലങ്ങളും നമുക്ക് അനുഭവേദ്യമായ സ്‌പേസ്-ടൈമിനുള്ളില്‍ അനുഭവപ്പെടുപ്പോള്‍, ഗുരുത്വബലം അജ്ഞാതമായ ചില ഡൈമന്‍ഷനുകളില്‍ കൂടി പങ്കിട്ട് പോവുന്നു. അതുകൊണ്ടാണ് ഗുരുത്വബലം ഇത്ര ദുര്‍ബലമായി അനുഭവപ്പെടാന്‍ കാരണമെന്ന് അവര്‍ വാദിക്കുന്നു. 

യു.എസില്‍ നെവേദ സര്‍വകലാശാലയിലെ ആന്‍ഡ്രൂ ഗെരേസി രൂപകല്‍പ്പന ചെയ്തിട്ടുള്ള 'മേശപ്പുറ പരീക്ഷണം' മേല്‍സൂചിപ്പിച്ച സംഗതി പരിശോധിക്കാനുള്ളതാണ്. ഗുരുത്വബലത്തിന്റെ സ്വഭാവം മനസിലാക്കുന്നതിനൊപ്പം, പ്രപഞ്ചത്തില്‍ അധിക ഡൈമന്‍ഷനുകളുണ്ടോ എന്നറിയാനും. 

ഒരു മീറ്ററിന്റെ 30000 കോടിയിലൊരംശം മാത്രം വിസ്താരമുള്ള ഒരു സ്മടികമുത്താണ് ഈ പരീക്ഷണത്തിലുപയോഗിക്കുന്നത്. ഒരു ശൂന്യഅറയില്‍ ലേസര്‍ധാരകളാല്‍ താങ്ങിനിര്‍ത്തിയിരിക്കുകയാണ് സ്ഫടികമുത്തിനെ. ഈ സ്ഫടികമുത്ത് ലേസര്‍കിരണങ്ങളെ ചിതറിപ്പിച്ച് ഒരു ഡിറ്റക്ടറില്‍ വീഴ്ത്തും. സ്ഫടികമുത്തില്‍ ഒരു ബലം പ്രയോഗിക്കപ്പെട്ടാല്‍, ലേസര്‍ പ്രകാശരാജിയുടെ വ്യത്യാസം മനസിലാക്കി സ്ഫടികമുത്തിന്റെ പുതിയ സ്ഥാനം നിര്‍ണിയിക്കാം. ഒരു 'ന്യൂട്ടണ്‍' ബലത്തിന്റെ കോടാനുകോടിയിലൊരംശം പോലും പ്രയോഗിക്കപ്പെട്ടാല്‍ ഈ ഉപകരണത്തിനത് അതളക്കാനാകുമെന്ന് കഴിഞ്ഞ വര്‍ഷം ഗെരേസിയും സംഘവും 'ഫിസിക്കല്‍ റിവ്യൂ' ജേര്‍ണലില്‍ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച റിപ്പോര്‍ട്ട് പറയുന്നു (ഒരു ആപ്പിളിന് മേല്‍ നമ്മുടെ ഭൂമി പ്രയോഗിക്കുന്ന ബലത്തിന്റെ അളവാണ് ഒരു ന്യൂട്ടണ്‍).  

രണ്ട് വസ്തുക്കള്‍ തമ്മിലുള്ള അകലം 100 മൈക്രോണില്‍ താഴെയാണെങ്കില്‍, അധിക ഡൈമന്‍ഷനുകള്‍ കണ്ടെത്താം എന്ന് ചില സിദ്ധാന്തങ്ങള്‍ പറയുന്നു (ഒരു മൈക്രോണ്‍ = ഒരു മീറ്ററിന്റെ പത്തുലക്ഷത്തിലൊരംശം). അങ്ങേയറ്റം വെല്ലുവിളി നിറഞ്ഞതാണെങ്കിലും, ഡോ.ഗരേസിയുടെ പരീക്ഷണം അതിനുള്ള ഒരു വഴി തുറന്നു തരുന്നു. ഓര്‍ക്കുക ജനീവയില്‍ ലാര്‍ജ് ഹാഡ്രോണ്‍ കൊളൈഡറിലെ (എല്‍എച്ച്‌സി) കണികാപരീക്ഷണത്തിന്റെ ലക്ഷ്യങ്ങളിലൊന്ന് അധിക ഡൈമന്‍ഷനുകളുണ്ടോ എന്ന് പരിശോധിക്കലാണ്. 

Physics, Smart Experiments
ഹെന്‍ട്രിക് ബെത്‌ലമും (വലത്ത്) സഹപ്രവര്‍ത്തകനും 'മോളിക്യുലാര്‍ ഫൗണ്ടനും'. ചിത്രം കടപ്പാട്: ഹെന്‍ട്രിക് ബെത്‌ലം 

 

ശ്യാമദ്രവ്യം (ഡാര്‍ക്ക് മാറ്റര്‍) ആണ് 'മേശപ്പുറത്തെ കണികാപരീക്ഷണങ്ങള്‍' ലക്ഷ്യംവെക്കുന്ന മറ്റൊരു മേഖല. പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ഉള്ളടക്കത്തില്‍ 96 ശതമാനവും ശ്യാമോര്‍ജവും ശ്യാമദ്രവ്യവും എന്നാണ് കണക്ക്. വെറും നാല് ശതമാനമേയുള്ളൂ നമുക്ക് അനുഭവേദ്യമായ പ്രപഞ്ചം. എന്താണ് ശ്യാമദ്രവ്യമെന്ന് വ്യക്തമല്ല, ശ്യാമോര്‍ജത്തെക്കുറിച്ച് അത്രകൂടി പിടിയില്ല. ഗാലക്‌സികളുടെ സ്വയംഭ്രമണത്തില്‍ നിന്ന് ശ്യാമദ്രവ്യത്തിന്റെ സാന്നിധ്യം പരോക്ഷമായി തെളിയിച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, സംഭവം നേരിട്ട് നിരീക്ഷിക്കാനോ അതിന്റെ സ്വഭാവം മനസിലാക്കാനോ ഇതുവരെ കഴിഞ്ഞിട്ടില്ല. ബലങ്ങളെ വഹിക്കുന്ന 'ആക്‌സിയണുകള്‍', 'ഡാര്‍ക്ക് പ്രോട്ടോണുകള്‍' തുടങ്ങിയ കണങ്ങളാകാം ശ്യാമദ്രവ്യത്തിന്റെ ഉള്ളടക്കമെന്നും, സാധാരണപദാര്‍ഥകണങ്ങളുമായി തീരെ ഇടപഴകാത്തതാണ് അവ അദൃശ്യമായിരിക്കാന്‍ കാരണമെന്നും ഗവേഷകര്‍ കരുതുന്നു. 

നെതര്‍ലന്‍ഡ്‌സില്‍ ആംസ്റ്റര്‍ഡാം ഫ്രീ യൂണിവേഴ്‌സിറ്റിയിലെ ഹെന്‍ട്രിക് ബെത്‌ലം എന്ന ഗവേഷകന്‍ അമോണിയ തന്മാത്രകള്‍ കൊണ്ട് നടത്തുന്ന നൂതന ഗവേഷണം ശ്യാമദ്രവ്യത്തെ കുടുക്കാന്‍ ലക്ഷ്യമിട്ടുള്ളതാണ്. 'മോളിക്യുലാര്‍ ഫൗണ്ടന്‍' എന്നൊരു ഉപകരണമാണ് ഇതിനായി ബെത്‌ലം രൂപകല്‍പ്പന ചെയ്തിരിക്കുന്നത്. അമോണിയം തന്മാത്രകളെ വൈദ്യുതസ്പന്ദനം ചെലുത്തി വായുനിറഞ്ഞ ഒരു അറയുടെ മുകളില്‍ എത്തിച്ചിട്ട് ഗുരുത്വാകര്‍ഷണത്താല്‍ അവയെ താഴേക്ക് സാവധാനം വീഴിക്കുകയാണ് പരീക്ഷണത്തില്‍ ചെയ്യിക്കുക. അങ്ങനെ താഴേക്ക് പതിക്കുന്ന ഓരോ തന്മാത്രയും ലേസറുപയോഗിച്ച് നിരീക്ഷിക്കുകയും സ്‌പെക്ട്രോസ്‌കോപ്പി വഴി പരിശോധിക്കുകയും ചെയ്യും. അത്യധികം കൃത്യതയോടെ നടത്തപ്പെടുന്ന ഈ പരിശോധനയില്‍ തന്മാത്രയ്ക്കുള്ളിലെ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഊര്‍ജനിലയാണ് പരിഗണിക്കപ്പെടുക. ഇലക്ട്രോണുകളുടെയും, തന്മാത്രയുടെ ഭാഗമായ ആറ്റങ്ങളിലെ പ്രോട്ടോണുകളുടെയും ദ്രവ്യമാനങ്ങളുടെ അനുപാതം ഇതുവഴി നിര്‍ണയിക്കാം. പ്രപഞ്ചത്തിലെ എല്ലാ ഇലക്ട്രോണുകളും പ്രോട്ടോണുകളും തുല്യമാകയാല്‍, ഏതെങ്കിലും തരത്തിലുള്ള സ്വാധീനമില്ലെങ്കില്‍ ഈ അനുപാതത്തില്‍ മാറ്റമുണ്ടാകില്ല. ആക്‌സിയണുകളും ഡാര്‍ക്ക് ഫോട്ടോണുകളും ഉണ്ടെങ്കില്‍, അവയുടെ സ്വാധീനം ഈ പരീക്ഷണത്തില്‍ അനുഭവപ്പെടും, അനുപാതത്തില്‍ മാറ്റമുണ്ടാകും. 

യുഎസിലെ ബര്‍ക്ക്‌ലിയില്‍ യൂണിവേഴ്‌സിറ്റി ഓഫ് കാലിഫോര്‍ണിയയിലെ ഇന്ത്യന്‍ വംശജന്‍ സുര്‍ജീത് രാജേന്ദ്രനും സ്റ്റാന്‍ഫഡ് യൂണിവേഴ്‌സിറ്റിയിലെ പീറ്റര്‍ ഗ്രഹാമും ചേര്‍ന്ന് രൂപകല്‍പ്പന ചെയ്തിട്ടുള്ള നൂതന പരീക്ഷണങ്ങളും ശ്യാമദ്രവ്യം ലക്ഷ്യമാക്കിയുള്ളതാണ്. ഇരുവരും ചേര്‍ന്ന് ഒരു 'ഡാര്‍ക്ക് മാറ്റര്‍ റേഡിയോ'യ്ക്കാണ് രൂപംനല്‍കുന്നത്. 'സ്‌ക്വിഡ്' (SQUID) എന്ന പേരിലുള്ള അത്യന്തം സംവേദനക്ഷമതയേറിയ മാഗ്നറ്റോമീറ്ററും, സാധാരണ റേഡിയോ ട്യൂണ്‍ ചെയ്യാനുപയോഗിക്കുന്ന തരത്തിലൊരു റെസൊനന്റ് സര്‍ക്കീട്ടും (അനുനാദ സര്‍ക്കീട്ട്) ആണ് ഡാര്‍ക്ക്മാറ്റര്‍ റേഡിയോയുടെ ഭാഗങ്ങള്‍. പുറമേ നിന്നുള്ള കാന്തികമണ്ഡലങ്ങളുടെ ഒരുവിധ സ്വാധീനവും ഉണ്ടാകാത്ത വിധം നിര്‍മിച്ച, 170 സെന്റീമീറ്റര്‍ പൊക്കവും 17 സെന്റീമീറ്റര്‍ വീതിയുമുള്ള ഒരു പെട്ടിക്കുള്ളിലാണ് ഇവ സൂക്ഷിച്ചിരിക്കുന്നത്. ആക്‌സിയണുകളും രഹസ്യ പ്രോട്ടോണുകളും നടത്തുന്ന പ്രേരണയാല്‍ വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങള്‍ സൃഷ്ടിക്കപ്പെടും. റേഡിയോ തരംഗങ്ങളുടെ ആവര്‍ത്തിയുള്ള തരംഗങ്ങളാകും അവയെന്ന് ഗവേഷകര്‍ പ്രവചിക്കുന്നു. തങ്ങളുടെ സക്വിഡ് റേഡിയോ ട്യൂണ്‍ ചെയ്ത് ശ്യാമദ്രവ്യത്തെ 'ശ്രവിക്കാ'മെന്ന് ഗവേഷകര്‍ പറയുന്നു.

കാണുക | മേശപ്പുറത്തെ കണികാപരീക്ഷണങ്ങള്‍ 

ശ്യാമദ്രവ്യ രഹസ്യം തേടാന്‍ രാജേന്ദ്രനും ഗ്രഹാമും മുന്നോട്ടുവെച്ചിട്ടുള്ള മറ്റൊരു മേശപ്പുറ പരീക്ഷണ ആശയം 'കാസ്പര്‍ വിന്‍ഡ്' (CASPEr Wind) എന്ന പേരിലുള്ളതാണ്. ഒരു ഘനസെന്റീമീറ്റര്‍ ദ്രാവക സ്‌കീനോണ്‍ ആണ് ഈ പരീക്ഷണത്തിനുപയോഗിക്കുന്നത്. സ്‌കീനോണിലൂടെ ആക്‌സിയണുകള്‍ കടന്നു പോകുമ്പോള്‍, അതിലെ ആറ്റമിക ന്യൂക്ലിയസുകള്‍ക്ക് ചാഞ്ചാട്ടമുണ്ടാകും. അതിന്റെ ഫലമായുണ്ടാകുന്ന കാന്തികമണ്ഡലത്തെ സ്‌ക്വിഡ് മാഗ്നറ്റോമീറ്ററിന് നിര്‍ണയിക്കാന്‍ സാധിക്കും. ജര്‍മനയില്‍ ജോഹന്നാസ് ഗുട്ടന്‍ബര്‍ഗ് സര്‍വ്വകലാശാലയിലെ ദിമിത്രി ബുദ്ക്കറും സംഘവും ഈ പരീക്ഷണം ഇപ്പോള്‍ രൂപപ്പെടുത്തുകയാണ്. 

Dark Matter Radio
ഡാര്‍ക്ക് മാറ്റര്‍ റേഡിയോ 

 

ഡോ.രാജേന്ദ്രനും സംഘവും മുന്നോട്ടുവെയ്ക്കുന്ന മറ്റൊരു പരീക്ഷണം 'കാസ്പര്‍ ഇലക്ട്രിക്' (CASPEr Electric) ആണ്. എളുപ്പത്തില്‍ കാന്തികധ്രുവണം സാധ്യമാകുന്ന ഫെറോഇലക്ട്രിക് പദാര്‍ഥമായ ലെഡ് ടൈറ്റനേറ്റ് ആണ് ഈ പരീക്ഷണത്തിലുപയോഗിക്കുന്നത്. ആക്‌സിയണുകള്‍ ആറ്റമിക് ന്യൂക്ലിയസിലുണ്ടാക്കുന്ന സൂക്ഷകാന്തിക ധ്രുവണം നിര്‍ണയിക്കുകയും, അതുവഴി ആക്‌സിയണുകളുടെ അസ്തിത്വം സ്ഥിരീകരിക്കുകയും ചെയ്യുകയാണ് ലക്ഷ്യം. 

പ്രപഞ്ചരഹസ്യങ്ങള്‍ തേടാന്‍, ഇതുപോലെ ഒട്ടേറെ നൂതന പരീക്ഷണങ്ങളാണ് പുതുതലമുറ ഗവേഷകര്‍ രൂപപ്പെടുത്തുന്നത്. കോടാനുകോടികള്‍ ചെലവിട്ട് നിര്‍മിച്ച എല്‍എച്ച്‌സിയുടെ ലക്ഷ്യങ്ങള്‍ തന്നെയാണ്, ഏതാനും ലക്ഷങ്ങള്‍ മാത്രം ചെലവു വരുന്ന ഇത്തരം സ്മാര്‍ട്ട് പരീക്ഷണങ്ങള്‍ക്കുമുള്ളത്. ഗോലിയാത്തിനെ വീഴ്ത്താന്‍ ദാവീദുകള്‍ എത്തുന്ന കാലത്തേക്ക് ഭൗതികശാസ്ത്രം ചുവടുവെയ്ക്കുന്നു എന്നര്‍ഥം! (വിവരങ്ങള്‍ക്ക് കടപ്പാട്: The Economist; bigthink.com; Physics Buzz Blog) 

* 'മാതൃഭൂമി' നഗരം പേജില്‍ (മാര്‍ച്ച് 7, 2016) പ്രസിദ്ധീകരിച്ചത്