কণা-কাহিনী : প্রথম পর্ব

আচ্ছা! কেমন হয় যদি এই কয়েকটা নোবেলের পথ ধরেই আমরা ঘুরে আসতে পারি এদের পরিবারের ইতিহাসে? প্রথমেই আমরা নামবো ২০১৩ সালের নোবেলের স্টেশনে। সেখানে অপেক্ষা করে আছে হিগস কণা। তবে তার সঙ্গে আড্ডা দেবার আগে আসুন আমরা আলাপ করে নিই ‘হিগস’ কণার সংসারের অন্যান্য মৌলিক কণাদের সাথে, যাদের ঘিরে গড়ে উঠেছে কণাবিদ্যার ইমারত।

কিন্তু এই মৌলিক কণা জিনিসটা কি? আর কারাই বা এই ‘কণাবিদ্যা’র সংসারের সদস্য?

আমরা ছোট থেকেই জানি যে, মৌলিক কথার অর্থ হল, যাকে আর ভাঙ্গা যায় না, বা অবিভাজ্য। তাহলে যে কোনো বস্তুকে ভাঙতে থাকলে কোনো এক সময়ে আমরা এক বা একাধিক অবিভাজ্য এককের খোঁজ নিশ্চই পাব! সেই খোঁজ শুরু হয়েছিল বহু বছর আগে থেকেই। ঊনবিংশ শতকের একদম শুরুর দিকে জন ডালটন পরমাণুবাদের কথা বললেন (প্রাচীন গ্রীসে ডেমোক্রিটাস এবং ভারতে কণাদ অনেক আগেই বস্তুর মৌলিক কণার অস্তিত্বের অনুমান করলেও বস্তুবাদ ও ভাববাদের রক্ষণশীল দ্বন্দ্বে এই তত্ত্ব চাপা পড়ে যায়)। কিন্তু, চারপাশে খুঁজে পাওয়া যে কোনো বস্তুকে ভাঙতে থাকলে কি শেষমেশ সব বস্তুর জন্য আলাদা রকমের পরমাণু পাওয়া যাবে? মানে ছাতার একরকম পরমাণু আর মাথার আরেক রকম? একদমই না! একটু জলের মত করে বোঝা যাক। ‘জলের মত’ অর্থাৎ, দুই ভাগ হাইড্রোজেন এবং এক ভাগ অক্সিজেন। তার মানে, জলে দুই প্রকারের পরমাণু আছে। এই পরমাণুদ্বয় যথাক্রমে হাইড্রোজেন এবং অক্সিজেনের পরমাণু। তাহলে, এই ভাবে যদি আমরা চারপাশের যে কোনো বস্তুকে ভেঙে ফেলি, দেখব যে, এদের গঠনে অংশ নেওয়া আলাদা রকমের পরমাণুগুলোর সংখ্যা মোটে একশোর কাছাকাছি। তবে আসল কথাটা হল, এতক্ষণ যেটুকু জানা গেল, তাতে ধারণা হল যে, পরমাণু অবিভাজ্য।  

ঊনবিংশ শতকের শেষেই কেমব্রিজ ইউনিভার্সিটির অধ্যাপক স্যার জোসেফ জন টমসম আবিষ্কার করলেন ঋণাত্মক(-) আধান বিশিষ্ট ইলেকট্রন কণার, যার জন্ম হয় পরমাণুকে ভেঙেই।

তবে এই ধারণা বেশিদিন টিকলো না। ঊনবিংশ শতকের শেষেই কেমব্রিজ ইউনিভার্সিটির অধ্যাপক স্যার জোসেফ জন টমসম আবিষ্কার করলেন ঋণাত্মক(-) আধান বিশিষ্ট ইলেকট্রন কণা, যার জন্ম হয় পরমাণুকে ভেঙেই। অতএব পরমাণু তার ‘মৌলিক কণা’র তকমা হারালো। কিন্তু পরমাণু তো আধান বিহীন! তাহলে নিশ্চই পরমাণুতে ধনাত্মক(+) আধান বিশিষ্ট কোনো কণাও উপস্থিত। এই প্রশ্নের উত্তর  নিয়ে ১৯১১ সালে হাজির হলেন আর্নেস্ট রাদারফোর্ড। একটি পরীক্ষায় তিনি দেখালেন যে, পরমাণুর প্রায় সমস্ত ভর একটি ভীষণ ক্ষুদ্র জায়গার মধ্যেই সীমিত এবং পরমাণুর অধিকাংশ জায়গাই গড়ের মাঠের মত, একদম ফাঁকা। এই ফাঁকা জায়গায় ছড়িয়ে ছিটিয়ে আছে ইলেকট্রনগুলি। পরমাণুর এই ক্ষুদ্র অঞ্চলটি আবার ধনাত্মক(+) আধানবিশিষ্ট। এটিকে বলা হল নিউক্লিয়াস বা পরমাণু কেন্দ্রক। শুনলে আশ্চর্য লাগবে, এই পরমাণু কেন্দ্রকটি এত ছোট, একটা পরমাণুকে গড়ের মাঠের সমান মনে করলে, কেন্দ্রকটির মাপ হবে একটা বাদামের মত। তবে, আমাদের বর্তমান আগ্রহ এদের অবিভাজ্যতা নিয়ে। ১৯১১ সালের পরীক্ষায় পাওয়া তথ্য অনুযায়ী ‘মৌলিক কণা’ দু’টি, ইলেকট্রন এবং পরমাণু কেন্দ্রক। 

তবে এর বছর ছয় পরেই রাদারফোর্ডের তত্ত্বাবধানে ওনারই ছাত্র মার্সডেন পরমাণু কেন্দ্রকের ভেতরে খুঁজে পেলেন এক ধরণের কণাকে, যার গুণাবলী অনেকটা হাইড্রোজেন পরমাণুর কেন্দ্রকের মতই। এই কণাটির আধানের মান ইলেকট্রনের সমান, কিন্তু আধানটি ধনাত্মক(+) প্রকৃতির এবং এর সংখ্যা পরমাণুতে বিদ্যমান ইলেকট্রনের সমান। ফলে, পরমাণুর আধানশূন্য হতে আর অসুবিধা থাকলো না। একটা উদাহরণ দেওয়া যাক! নাইট্রোজেন গ্যাস, যা নিয়ে মার্সডেন পরীক্ষাটি করেছিলেন, তার একটি পরমাণুতে সাতটি ইলেকট্রন আছে। অতএব নাইট্রোজেনের পরমাণু কেন্দ্রকে থাকা, হাইড্রোজেন কেন্দ্রক সদৃশ কণাটির সংখ্যাও হবে সাতটি। তবে এই কণাটির ভর কিন্তু ইলেকট্রনের ভরের সমান নয়, প্রায় ১,৮৩৬ গুণ বেশি। এই কণাটির নাম রাখা হল ‘প্রোটন’, যা আদতে একটি হাইড্রোজেনের পরমাণু কেন্দ্রকই। কিন্তু একটা সমস্যা থেকেই গেল। দেখা গেল, একমাত্র হাইড্রোজেন কেন্দ্রক ছাড়া, অন্যান্য পরমাণু কেন্দ্রকের ক্ষেত্রে সব প্রোটনের সমবেত ভর পরমাণু কেন্দ্রকের ভরের থেকে অনেকটা কম। যেমন, নাইট্রোজেনের ক্ষেত্রেই কেন্দ্রকটির ভর প্রায় ১৪ টি প্রোটনের ভরের কাছাকাছি।  তার মানে, পরমাণুতে একটি তৃতীয় কণার উপস্থিতি কাম্য, যার ভর থাকলেও আধান থাকবে না। এই কণার কথা রাদারফোর্ড প্রথম অনুমান করলেও, এর খোঁজ পেতে বেশ কয়েকটা বছর লেগে গেল। শেষমেশ, ১৯৩২ সালে রাদারফোর্ডের আর এক ছাত্র জেমস চ্যাডউয়িক খুঁজে পেলেন একটি প্রোটনের থেকে সামান্য ভারী, আধান বিহীন কণাকে, যার আস্তানাও সেই পরমাণু কেন্দ্রকেরই মধ্যে। এর নাম ‘নিউট্রন’। এখনো অব্দি তাহলে পরমাণুকে ভেঙে তিনটে মৌলিক কণাতে পৌঁছানো গেল। তারা হল – ইলেকট্রন, প্রোটন এবং নিউট্রন। 

এখনো অব্দি তাহলে পরমাণুকে ভেঙে তিনটে মৌলিক কণাতে পৌঁছানো গেল। তারা হল – ইলেকট্রন, প্রোটন এবং নিউট্রন।

তবে শুধু পরমাণুকে ভাঙা নয়, মৌলিক কণার খোঁজে ইতিমধ্যে আরো অনেক পরীক্ষা নিরীক্ষা হয়ে গেছে; এবারে আমরা সেগুলোর কথায় আসব। “মহাশূন্যের ওপার থেকে” যে মহাজাগতিক রশ্মিগুলো পৃথিবীতে আসে, তার মধ্যে কি কোনো মৌলিক কণার থাকা সম্ভব? ‘ক্লাউড ডিটেক্টর’ নামক একটি যন্ত্রের ব্যবহার করে মহাকাশ থেকে আসা আধানযুক্ত কণাদের ছবি তোলা শুরু হয়। বিংশ শতকের দ্বিতীয় দশকে এই যন্ত্রে ধরা পড়ল ইলেকট্রনের আধানের সমান মানযুক্ত, কিন্তু ধনাত্মক(+) আধানের এক কণার ছবি। বিজ্ঞানীরা ভাবলেন, এ তো সেই চেনা প্রোটন কণাই। এই সময়েই, ১৯২৮ সালে ব্রিটিশ পদার্থবিদ পল ডিরাক ইলেকট্রনের গতিবিধি সম্পর্কিত একটি তত্ত্ব দিতে গিয়ে একটি নতুন ধরণের কণার কথা উল্লেখ করলেন। এই কণাটি ইলেকট্রনের সমান ভরবিশিষ্ট, আধানের মানও সমান, শুধু আধানটি ইলেকট্রনের বিপরীতধর্মী, অর্থাৎ ধনাত্মক(+)। এই ধরণের কণাদের চিহ্নিত করা হল প্রতি-কণা (অ্যান্টি-পার্টিকেল) হিসেবে। ১৯৩২ সালে মার্কিন বিজ্ঞানী কার্ল আন্ডারসন ক্লাউড চেম্বারে আবার ইলেকট্রনের আধানের সমান মানযুক্ত, ধনাত্মক(+) আধানের কণাটিকে খুঁজে পেলেন। এবার আর একে চিনতে ভুল হয়নি। এটাই হল ইলেকট্রনের প্রতি-কণা পজিট্রন, যাকে আগেরবার প্রোটন ভেবে ভুল করা হয়েছিল।         

এবারে একটু অন্যরকম মৌলিক কণার গল্প বলব। তার আগে কয়েকটা বল বা আন্তঃক্রিয়ার (ইন্টারাকশন) কথা বলে নিই। ছোটবেলা থেকে আমরা কয়েক রকম বলের কথা পড়েছি। যেমন, দুটো ভর একে অপরকে যে বলে টানে, তা হল মহাকর্ষ বল। আবার আমরা জানি, দুটো সমধর্মী আধান একে অপরকে বিকর্ষণ এবং বিপরীতধর্মী আধানেরা একে অপরকে আকর্ষণ করে। এই ধরণের আকর্ষণ ও বিকর্ষণের জন্য যে বল বা আন্তঃক্রিয়া দায়ী, তা হল তড়িৎ-চুম্বকীয় বল। কিন্তু একটু লক্ষ্য করলেই দেখব, একটি পরমাণু কেন্দ্রকের ওইটুকু জায়গার মধ্যে এতগুলো সম আধান বিশিষ্ট প্রোটন কণা ঢুকে আছে, অথচ তড়িৎ-চুম্বকীয় বলের নিয়মে তো তাদের বিকর্ষণ করা উচিত! এখানেই আসে একটা নতুন রকম আন্তঃক্রিয়ার প্রয়োজনীয়তা; এমন একটা আকর্ষণ বল, যার শক্তি তড়িৎ-চুম্বকীয় বিকর্ষক বলের থেকে অনেক বেশি। উপরন্তু, বলটা এমন হবে, যে সবাইকে আকর্ষণ করবে, আধানের বাছবিচার না করেই। পরমাণু কেন্দ্রকের ছোট্ট পরিসরে যে জোরালো আকর্ষণ বলটা কাজ করে, তাকে বলে ‘দৃঢ় বল’ বা ‘দৃঢ় আন্তঃক্রিয়া’। তবে এই তিন রকম বল ছাড়াও আর এক রকম বলের সন্ধানও পাওয়া যায় পরমাণু কেন্দ্রকের পরিসরে। আমরা সবাই তেজস্ক্রিয়তার নাম শুনেছি। এর মধ্যে একরকম তেজস্ক্রিয়তার হদিশ পাওয়া যায়, যেখানে পরমাণু কেন্দ্রকের মধ্যে থাকা একটি নিউট্রন কণা প্রোটনে পরিবর্তিত হয়ে যায় এবং তৈরি হয় একটি ইলেকট্রন। এই ইলেকট্রনটি পরমাণু কেন্দ্রকের থেকে বাইরে বেরিয়ে আসতে পারে। এই বিক্রিয়াটিকে বলে বিটা ক্ষয় বিক্রিয়া, ‘বিটা’ হল ইলেকট্রনের আর এক নাম। এ রকম কিছু ক্ষয় প্রক্রিয়া যে আন্তঃক্রিয়ার প্রভাবে ঘটে, তাকে বলা হয় ‘মৃদু বল’ বা ‘মৃদু আন্তঃক্রিয়া’। যদিও একে মৃদু বল বলছি, এর শক্তি কিন্তু মহাকর্ষ বলের থেকে বহুগুণ বেশি। অন্য একদিন নয় এই বলগুলোর ময়নাতদন্ত করা যাবে, আজকে শুধু এটুকুই মনে রাখব যে, মহাবিশ্বে মোট চার প্রকারের বল আছে; দৃঢ়, মৃদু, তড়িৎ-চুম্বকীয় এবং মহাকর্ষ বল। কোয়ান্টাম তত্ত্ব বলে, এই বলগুলির এক একটা বাহক কণা আছে। খুব স্থূল ভাবে বললে, দুটো বস্তুর মধ্যে যে আন্তঃক্রিয়া হচ্ছে, সেটা একটা কণার মাধ্যমে হচ্ছে। ১৯০৫ সালে, আইনস্টাইন আলোক-তড়িৎ ক্রিয়া ব্যাখ্যা করার জন্য আলোর কণা বা ফোটনের কথা বলেন। এই ফোটন হল তড়িৎ-চুম্বকীয় আন্তঃক্রিয়ার বাহক মৌলিক কণা। এই রকম কণাকে আমরা ‘বাহক কণা’ বলে ডাকতে পারি। 

মহাবিশ্বে মোট চার প্রকারের বল আছে; দৃঢ়, মৃদু, তড়িৎ-চুম্বকীয় এবং মহাকর্ষ বল। কোয়ান্টাম তত্ত্ব বলে, এই বলগুলির এক একটা বাহক কণা আছে।

১৯৩৫ সাল তখন। জাপানী পদার্থবিদ হিকেদি ইউকাওয়া কল্পনা করলেন, ফোটনের মতই  একটি বাহক কণার, যা দৃঢ় আন্তঃক্রিয়ার মধ্যস্থতা করবে। গণনা অনুযায়ী, কণাটির ভর হওয়া উচিৎ প্রোটন এবং ইলেকট্রনের মাঝামাঝি; গ্রীক ভাষায় বললে ‘মেসো’। এই কণাটির নাম রাখা হল ‘পাই মেসন’ বা ‘পায়ন’। মহাজাগতিক রশ্মির মধ্যে এই পায়ন কণার খোঁজ শুরু হল। সেই খোঁজার পথেই ফাঁকতালে আবিষ্কার হয়ে গেল ‘মিউওন’ নামক এক মৌলিক কণার, যা ইলেকট্রনের থেকে ভারী, কিন্তু ইলেকট্রনেরই সমগোত্রীয় (প্রসঙ্গত উল্লেখ্য, এদের জ্ঞাতির আরেকখান বড়োভাইও আছে, তার নাম টাওওন। এর ভর এই দু’জনের থেকে অনেকটা বেশি। ইলেকট্রন, মিউওন, বা টাওওন এরা কিন্তু কেউই মেসন নয়)। তবে ১৯৪৭ সালেই পাওয়া গেল বহু প্রতীক্ষিত পায়নকেও। ‘মেসন’ জ্ঞাতিভুক্ত অন্য সদস্যদেরও খোঁজ পাওয়া যেতে লাগলো। এই মেসনদের সম্পর্কে আমরা পরের পর্বে আবার আলোচনা করব। কিন্তু আপাতত, আমাদের প্রশ্নটা আবার সেই জায়গায় ফিরে এল – পায়ন, বা অন্যান্য মেসনরা কি মৌলিক কণা? এই উত্তর জানার জন্য আমাদের আরো তিন দশক অপেক্ষা করতে হল। তবে সেই অপেক্ষার ফাঁকে আমরা অন্য আরেকটা মৌলিক কণার সাথে আলাপ করে নেব। 

ওই যে, বিটা ক্ষয় বিক্রিয়ার কথা বলছিলাম না, সেই বিক্রিয়া সম্পর্কিত পরীক্ষা নিরীক্ষা করার সময় একটা বিপত্তি হাজির হয়েছিল। এটি ভরবেগ ও ভর-শক্তির সংরক্ষণ সূত্র মানছিল না। এই সমস্যা সমাধানের জন্য ১৯৩০ সালে জার্মান পদার্থবিদ উলফগ্যাং পাওলি একটা নতুন মৌলিক কণার প্রস্তাবনা দেন। হিসেব মত, এই কণাটি ভরশূন্য এবং আধান-শূন্য। কারো সাতে পাঁচেও থাকে না, কারো সাথে মেলামেশা নেই। তাই এর খোঁজ পেতে বেগ বেশ পেতে হল। অবশেষে ১৯৫৬ সালে, দুই মার্কিন পদার্থবিদ রাইনেস এবং কাওয়ান, এই কণার উপস্থিতি প্রমাণ করে ফেললেন। এটি হল নিউট্রিনো কণা, “সৌর গুপ্তচর” প্রবন্ধে আমরা এই নিউট্রিনো গুপ্তচরকে সূর্যের রান্নাঘরের খবর পৃথিবীতে এনে দিতে দেখেছি। 

(পরের পর্বে আমাদের আলাপ হবে বাহক কণা, কোয়ার্ক এবং হিগসের সাথে। জানবো এদের পদবি।)  

                                                                                                                                 ক্রমশ …….

কণা-কাহিনী : অন্তিম পর্ব 

————————-

~ কলমে এলেবেলে চিরশ্রী ~

এলেবেলে দলবল 

এলেবেলের দলবল

► লেখা ভাল লাগলে অবশ্যই লাইক করুন, কমেন্ট করুন, আর সকলের সাথে শেয়ার করে সকলকে পড়ার সুযোগ করে দিন। 

► এলেবেলেকে ফলো করুন।