സോളാർ ന്യൂട്രിനോ പ്രോബ്ലം

സോളാർ ന്യൂട്രിനോ പ്രോബ്ലം

സൂര്യന്റെ അണുസംയോജനപ്രക്രിയകളെ പറ്റിയുള്ള സിദ്ധാന്തം പ്രവചിക്കുന്ന ന്യൂട്രിനോകളുടെ എണ്ണവും തരവും ഭൂമിയിൽ പരീക്ഷണത്തിലൂടെ ലഭിച്ച ന്യൂട്രിനോകളുടെ എണ്ണവും തരവും തമ്മിലുള്ള പൊരുത്തക്കേടിനെയാണ് സോളാർ ന്യൂട്രിനോ പ്രോബ്ലം എന്നു പറയുന്നത്.

മുൻ‌കാലത്തെ അടിസ്ഥാനമാതൃക

ന്യൂടിനോയ്ക്ക് പിണ്ഡം ഇല്ലെന്നായിരുന്നു ഫോർമര് സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡൽ പ്രവചിച്ചത്. അതിനാൽ ന്യൂടിനോയ്ക്ക് ഒരു തരത്തിൽ നിന്നു മറ്റൊരു തരം ആയി മാറാൻ പറ്റില്ല. മാത്രമല്ല ഫോർമര് സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡൽ സൂര്ര്യൻ ഊർജ്ജം ഉല്പാദിപ്പിക്കുന്നത് H-He സം‌യോജനം മൂലം ആയതു കൊണ്ടു അതിനു ഇലക്ട്രോൺ ‍ന്യൂടിനോയെ മാത്രമേ പുറത്തു വിടാൻ പറ്റുകയുള്ളൂ എന്നു കൂടി പ്രവചിച്ചു.

പരീക്ഷണഫലം

പ്രവചിച്ച ന്യൂടിനോകളുടെ എണ്ണത്തിന്റെ മൂന്നിലൊന്നു മുതൽ പകുതി വരെയേ പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ കണ്ടെത്താൻ കഴിഞ്ഞുള്ളൂ. ന്യൂടിനോ ആന്ദോളനം എന്ന പ്രതിഭാസം ഈ പൊരുത്തക്കേടിനു വിശദീകരണം നൽകുന്നു. പക്ഷേ അതിനു ന്യൂടിനോയ്ക്കു ദ്രവ്യമാനം ഉണ്ടാവണം.

പരിഹാരം

ന്യൂടിനോയ്ക്ക് പിണ്ഡം ഉണ്ട്. അതിനാൽ ഒരു ഫ്ലേവറിൽ നിന്നു മറ്റൊരു ഫ്ലേവറിലേക്കു മാറാൻ (ഉദാ:ഇലക്ട്രോൺ ന്യൂടിനോ മ്യൂവോൺ ന്യൂട്രിനോ ആയി മാറും) അതിനു കഴിയും.

സൂര്യനിൽ നിന്ന് ഭൂമിയിലെത്തുന്ന സൗര ന്യൂട്രിനോകളുടെ എണ്ണത്തെ സംബന്ധിച്ച്, സിദ്ധാന്തവും പരീക്ഷണ ഫലവും തമ്മിലുള്ള പൊരുത്തക്കേടാണു് സോളാർ ന്യൂട്രിനോ പ്രോബ്ലം എന്ന പേരിൽ അറിയപ്പെട്ടിരുന്നത്. 1960-കൾ മുതൽ 2002-വരെ ഏതാണ്ട് നാലു ദശാബ്ദത്തോളം ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞരെ കുഴക്കിയ ഈ പൊരുത്തക്കേട് ന്യൂട്രിനോയുടെ ഗുണഗണങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കിയതിന്റെ പരിമിതികളിൽ നിന്നും ഉടലെടുത്തതാണ്.

ന്യൂട്രിനോയുടെ ന്യൂട്രിനോ ആന്ദോളനം എന്ന പ്രതിഭാസം മൂലമാണ് സോളാർ ന്യൂട്രിനോ പ്രോബ്ലം ഉണ്ടായതെന്നു മനസ്സിലാക്കിയതോടെ ഈ പ്രഹേളികയ്ക്ക് ഉത്തരമായി. അതോടൊപ്പം കണികാഭൗതികത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനരൂപത്തിനു ചില മാറ്റങ്ങൾ അനിവാര്യമാണെന്നു തെളിഞ്ഞു.

ന്യൂടിനോയ്ക്ക് ദ്രവ്യമാനം ഉള്ളതിനാൽ അതിനു ഒരു തരത്തിൽ നിന്നു മറ്റൊരു തരത്തിലേക്ക് മാറാൻ കഴിയും എന്നാണ് പുതിയ ന്യൂടിനോ ഭൗതികം സിദ്ധാന്തിക്കുന്നത്. അതിനാൽ സൂര്യന്റെ കാമ്പിൽ ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ഇലക്ട്രോൺ ന്യൂടിനോകൾക്ക് മ്യൂവോൺ ന്യൂട്രിനോ, ടാവു ന്യൂട്രിനോ എന്നിവയായി മാറാൻ കഴിയുമെന്നും, ഈ ന്യൂടിനോകളെ ഭൂമിയിലെ പരീക്ഷണ സം‌വിധാനങ്ങൾക്ക് തിരിച്ചറിയുവാൻ കഴിയാതിരുന്നതുകൊണ്ടാണ് സോളാർ ന്യൂട്രിനോ പ്രോബ്ലം ഉടലെടുത്തത് എന്നും ഇന്നു ശാസ്ത്രജ്ഞന്മാർ വിശദീകരിക്കുന്നു.

എന്താണ് സോളാർ ന്യൂട്രിനോ പ്രോബ്ലം

ഇരുപതാം നൂറ്റാണ്ടിന്റെ തുടക്കത്തിൽ തന്നെ ഹൈഡ്രജൻ ഹീലിയം ആയി മാറുന്ന അണുസംയോജന പ്രക്രിയ ആണ് സൂര്യന്റെ ഊർജ്ജത്തിന്റെ ഉറവിടം എന്ന് ശാസ്ത്രജ്ഞന്മാർ മനസ്സിലാക്കിയിരുന്നു. അണുസംയോജനം എന്ന പ്രക്രിയ ആണ് സൂര്യന്റെ ഊർജ്ജസ്രോതസ്സ് എന്നും അതിനാൽ തന്നെ ഭൂമിയിലെ ജീവന്റെ നിലനിൽപ്പിനു ആധാരം എന്നും പറയാം.

സൂര്യനെ പോലുള്ള നക്ഷത്രങ്ങളിൽ ഉല്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ഊർജ്ജത്തിന്റെ 85%നും വരുന്നത് ‍Proton- Proton Chain ന്റെ ശാഖയായ PPI വഴിയാണ്. ആ പ്രക്രിയയുടെ ആകെ ഫലം താഴെ ഉള്ള സമീകരണം വഴി സൂചിപ്പിക്കാം.

41H -> 4He + γ + 2e+ 2νe

ഈ പ്രക്രിയയുടെ ആകമാന ഫലം 4 ഹൈഡ്രജൻ അണുകേന്ദ്രങ്ങൾ സംയോജിച്ച് ഒരു ഹീലിയം അണുകേന്ദ്രം ഉണ്ടായി ഊർജ്ജവും പുറത്തു വിടുന്നു എന്നാകുന്നു. അതോടൊപ്പം രണ്ട് പോസിട്രോണും രണ്ട് ന്യൂട്രിനോയും ഈ പ്രക്രിയയുടെ ഫലമായി ഉണ്ടാകുന്നു. ഓരോ പ്രാവശ്യവും മുകളിൽ പറഞ്ഞ ന്യൂക്ലിയാർ പ്രക്രിയ‍ നടക്കുമ്പോൾ 2 ന്യൂട്രിനോകൾ ഉണ്ടാവുന്നു. ന്യൂട്രിനോ പദാർഥവുമായി പ്രതിവർത്തിക്കില്ല. ഭൂമിയിലൂടെ ഓരോ സെക്കന്റിലും കടന്നു പോയ് കൊണ്ടിരിക്കുന്ന കോടി കണക്കിനു ന്യൂട്രിനോക്കളിൽ ഏറ്റവും കൂടിയാൽ ഒരെണ്ണം മാത്രം മാത്രമായിരിക്കും പദാർഥവുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുക.

പദാർത്ഥവുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കാത്ത ന്യൂട്രിനോയുടെ ഗുണം മൂലം സൂര്യന്റെ കാമ്പിൽ അണു സംയോജനം മൂലം ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ന്യൂട്രിനോകൾ സൂര്യന്റെ കാമ്പിൽ നിന്ന് വളരെ പെട്ടെന്ന് രക്ഷപ്പെടും. അതിനാൽ സൂര്യന്റെ കാമ്പിൽ നിന്ന് വരുന്ന ഇത്തരം ന്യൂട്രിനോകൾ സൂര്യന്റെ കാമ്പിനെ കുറിച്ച് പഠിക്കാനുള്ള ഒരു ഉത്തമ ഉപാധിയാണ്.

മൂന്നു തരത്തിലുള്ള ന്യൂട്രിനോകൾ ആണ് ഉള്ളത്. ഭൗതിക ശാസ്ത്രജ്ഞർ ന്യൂട്രിനോയുടെ തരം എന്നു പറയുന്നതിനു പകരം ഫ്ലേവർ എന്നാണ് പറയുക. അതായത് ന്യൂട്രിനോയ്ക്ക് മൂന്നു ഫ്ലേവർ ഉണ്ടെന്നു പറയും. ഇലക്ട്രോൺ ന്യൂട്രിനോ, മ്യു‌വോൺ ന്യൂട്രിനോ, ടാവു ന്യൂട്രിനോ എന്നിവയാണ് അത്.

മൂന്നു ഫ്ലേവറിലുള്ള ന്യൂട്രിനോകൾ ഉണ്ടെങ്കിലും സൂര്യന്റെ കാമ്പിൽ മുകളിൽ വിവരിച്ച പ്രക്രിയ മൂലം ഇലക്ട്രോൺ ന്യൂട്രിനോ മാത്രമാണ് ഉണ്ടാവുന്നത്. ഭൂമിയിൽ എത്തുന്ന ന്യൂട്രിനോകളുടെ സിംഹഭാഗവും സൂര്യനിൽ നിന്നാണ് വരുന്നത്. നമ്മുടെ ശരീരത്തിലൂടെ ഓരോ സെക്കന്റിലും 50,000 കോടി സോളാർ ഇലക്ടോൺ ന്യൂട്രിനോകൾ കടന്നു പോകുന്നുണ്ട് എന്നാണ് കണക്ക്. പക്ഷേ അതൊന്നും നമ്മളിൽ ഒരു മാറ്റവും വരുത്തില്ല. കാരണം ന്യൂട്രിനോ പദാർത്ഥവുമായി പ്രതിപ്രവത്തിക്കില്ല എന്നത് തന്നെ കാരണം.

1964-ൽ പ്രശസ്ത ഭൌതീക ശാസ്ത്രജ്ഞരായ ജോൺ ബക്കാൾ, റെയ്മണ്ട് ഡേവിഡ് ജൂനിയർ എന്നിവർ ചേർന്ന് 4 ഹൈഡ്രജൻ അണുക്കൾ സംയോജിച്ചു ഒരു ഹീലിയം അണുവാകുന്ന പ്രക്രിയയിലൂടെ തന്നെയാണോ സൂര്യൻ ഊർജ്ജം ഉല്പാദിപ്പിക്കുന്നത് എന്ന സിദ്ധാന്തം പരീക്ഷണങ്ങൾക്ക് വിധേയമാക്കുവാൻ തീരുമാനിച്ചു. അവരുടെ പരീക്ഷണത്തിന്റെ ഉദ്ദേശം മുകളിൽ വിവരിച്ച സമീകരണം പോലെ തന്നെയാണോ സൂര്യൻ ഊർജ്ജം ഉല്പാദിപ്പിക്കുന്നത് എന്ന് അറിയുക ആയിരുന്നു.

സൂര്യൻ ഒരു സെക്കന്റിൽ ഉണ്ടാക്കുന്ന വിവിധ ഊർജ്ജമുള്ള ന്യൂട്രിനോകളുടെ എണ്ണം കമ്പ്യൂട്ടർ സിമുലേഷനും മറ്റും ഉപയോഗിച്ച് ജോൺ ബാക്കൽ തന്റെ സഹപ്രവർത്തകരുമൊത്ത് കണക്കു കൂട്ടിയെടുത്തു. മാത്രമല്ല ഈ സോളാർ ന്യൂട്രിനോകളിൽ എത്ര എണ്ണം ഭൂമിയിൽ എത്തും എന്നും അവർ കണക്കാ‍ക്കി. ക്ലോറിൻ അടിസ്ഥാനമായ ക്ലീനിംഗ് ഫ്ലൂയിഡിഡ് (C2Cl4) നിറച്ച ഒരു വലിയ ടാങ്കിൽ സൂര്യനിൽ നിന്ന് എത്തുന്ന സോളാർ ന്യൂട്രിനോകൾ പ്രതിപ്രവർത്തിച്ച് എത്ര റേഡിയോ ആക്ടീവ് ആർഗൺ അണുക്കൾ (37Ar) ഉണ്ടാകും എന്നും അവർ കണക്കുകൂട്ടിയെടുത്തു. ഒരു മാസം കൊണ്ട് ഏതാണ്ട് 45 റേഡിയോ ആക്ടീവ് ആർഗൺ അണുക്കൾ (37Ar) ഈ സോളാർ ന്യൂട്രിനോകൾ ഉണ്ടാകും എന്നായിരുന്നു അവരുടെ കണക്കുക്കൂട്ടൽ. ഈ വിധത്തിലുള്ള കണക്കുകൂട്ടൽ ചില വിദഗ്ദ്ധന്മാർക്ക് വിചിത്രമായി തോന്നിയെങ്കിലും ഈ പരീക്ഷണം വിഭാവനം ചെയ്ത റെയ്മണ്ട് ഡേവിഡ് ജൂനിയറിനു തന്റെ നിഗമനങ്ങളിലും കണക്കുകൂട്ടലിലും പൂർണ്ണ വിശ്വാസം ഉണ്ടായിരുന്നു.

1968-ൽ ഈ പരീക്ഷണത്തിന്റെ ഫലങ്ങൾ പുറത്തു വിട്ടു। എല്ലാവരേയും അത്ഭുതപ്പെടുത്തി കൊണ്ട് തങ്ങൾ കണക്കുകൂട്ടിയതിന്റെ മൂന്നിലൊന്ന് (ഏതാണ്ട് 15ഓളം) ആർഗൺ അണുക്കളെ മാത്രമേ അവർക്ക് കണ്ടെത്താൻ കഴിഞ്ഞുള്ളൂ। സിദ്ധാന്തപരമായി പ്രവചിച്ച ന്യൂട്രിനോകളുടെ എണ്ണവും പരീക്ഷണം ചെയ്തപ്പോൾ കിട്ടിയ എണ്ണവും തമ്മിലുള്ള പൊരുത്തക്കേട് ശാസ്ത്രലോകത്ത് ഏറ്റവും വലിയ നിഗൂഡതകളിൽ ഒന്നായി അവശേഷിച്ചു। ഇതാണ് പിൽക്കാലത്ത് സോളാർ ന്യൂട്രിനോ പ്രോബ്ലം (The Solar Neutrino Problem) എന്ന പേരിൽ പ്രശസ്തമായത്.

പ്രഹേളിക പരിഹരിക്കുന്നതിനുള്ള ശ്രമങ്ങൾ

സോളാർ ന്യൂട്രിനോ പ്രഹേളികയ്ക്ക് പരിഹാരം കാണുന്നതിനു മൂന്നു വ്യത്യസ്ത വ്യാഖ്യാനങ്ങൾ നിർദ്ദേശിക്കപ്പെട്ടു.

• ആദ്യത്തേത് വ്യാഖ്യാനം സിദ്ധാന്തപരമായ കണക്കുകൂട്ടലുകൾ തെറ്റാണെന്നായിരുന്നു. ഇതു രണ്ട് തരത്തിൽ ആവാം. ഒന്നുകിൽ പ്രവചിച്ച ന്യൂട്രിനോകളുടെ എണ്ണം തെറ്റായിരുന്നു. അല്ലെങ്കിൽ റേഡിയോ ആക്ടീവ് ആർഗൺ അണുക്കളുടെ ഉത്പാദന നിരക്ക് കണക്കുകൂട്ടിയത് തെറ്റായിരുന്നു.
• രണ്ടാമത്തെ വ്യാഖ്യാനം റേയുടെ പരീക്ഷണ സംവിധാനം തന്നെ തെറ്റാണെന്നായിരുന്നു.
• മൂന്നാമത്തെ വ്യാഖ്യാനം ന്യൂട്രിനോയെ കുറിച്ച് പൂർണ്ണമായും മനസ്സിലാക്കുകയോ, ഉന്നത ദൂരങ്ങൾ താണ്ടുമ്പോൾ ന്യൂട്രിനോ എങ്ങനെ പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുന്നു എന്നതിനെ കുറിച്ചു മനസ്സിലാക്കാനോ സാധിച്ചിട്ടില്ല എന്നതായിരുന്നു.

സിദ്ധാന്തപരമായ കണക്കുക്കൂട്ടലുകൾ അടുത്ത 20 വർഷത്തിനുള്ളിൽ ജോൺ ബെക്കാലും സഹ പ്രവർത്തകരും പല തവണ പല വിധത്തിൽ കണക്കു കൂട്ടി അതിന്റെ സ്വീകാര്യത ബോദ്ധ്യപ്പെട്ടു. അതിനാൽ ഒന്നാമത്തെ സാദ്ധ്യത തള്ളി കളഞ്ഞു.

അതേ പോലെ റേ തന്റെ പരീക്ഷണത്തിന്റെ കൃത്യത കൂട്ടി. മാത്രമല്ല മറ്റു പല വിധത്തിലുള്ള പരീക്ഷണങ്ങളും റേ നടത്തി. എല്ലാത്തിലും ഒരേ ഫലം തന്നെയായിരുന്നു. അതിനാൽ രണ്ടാമത്തെ വ്യാഖ്യാനവും തള്ളി. ഇതിനും പുറമേ ലോകത്തിന്റെ വേറെ പല പരീക്ഷണശാലകളിലും വേറെ ശാസ്ത്രജ്ഞർ പല തരത്തിലുള്ള പുതിയ പരീക്ഷണ സംവിധാനങ്ങൾ ഒരുക്കി. പക്ഷേ അതിൽ നിന്നു ഒക്കെ ലഭിച്ച പരീക്ഷണഫലം ഒന്നു തന്നെയായിരുന്നു. അതായത് പ്രവചിച്ചതിന്റെ മൂന്നിലൊന്ന് ന്യൂട്രിനോകളെ മാത്രമേ ശാസ്ത്രജ്ഞർക്ക് കണ്ടെത്താൻ കഴിഞ്ഞുള്ളൂ . സിദ്ധാന്തവും പരീക്ഷണഫലവും തമ്മിലുള്ള പൊരുത്തക്കേട് മാത്രം അവശേഷിച്ചു.

മൂന്നാമത്തെ വ്യാഖ്യാനം ആണ് പിന്നീട് പ്രാധാന്യമുൾലത്. 1969-ൽ തന്നെ സോവിയറ്റ് യൂണിയനിലെ Bruno Pontecorvo, Vladmir Gribov എന്നീ രണ്ട് ഭൌതീക ശാസ്ത്രജ്ഞർ ന്യൂട്രിനോ നമ്മൾ ഇതു വരെ മനസ്സിലാക്കിയതിനു വിരുദ്ധമായി ആണ് പെരുമാറുക എന്ന് സിദ്ധാന്തിച്ചു. വളരെ കുറച്ച് ഭൌതീക ശാസ്ത്രജ്ഞർ മാത്രമേ ഇവരുടെ വിശദീകരണം അന്ന് കാര്യമായി എടുത്തുള്ളൂ. പക്ഷേ കാലക്രമേണ അവരുടെ സിദ്ധാന്തമാണ് ശരി എന്നതിലേക്ക് കാര്യങ്ങൾ നീങ്ങി കൊണ്ടിരുന്നു.

തെളിവുകൾ പുതിയ ഫിസിക്സിനെ അനുകൂലിച്ചു

ആദ്യത്തെ പരീക്ഷണഫലം പ്രസിദ്ധീകരിച്ച് 21 വർഷത്തിനു ശേഷം 1989-ൽ ഒരു ജപ്പാൻ-അമേരിക്കൻ സംയുക്ത പരീക്ഷണ സംവിധാനം ജപ്പാനിൽ സ്ഥാപിച്ചു. ഈ പരീക്ഷണ ഗ്രൂപ്പ് Kamiokande എന്നാണ് അറിയപ്പെട്ടത്. ശുദ്ധ ജലം ഉപയോഗിച്ചു കൊണ്ടുള്ള ഒരു ഡിറ്റക്ടർ ആണ് Kamiokande ഉപയോഗിച്ചത്. സൂര്യനിലെ അണുസം‌യോജന പ്രക്രിയയിൽ ഒരു പ്രത്യേക ന്യൂക്ലിയർ പ്രക്രിയയിൽ ഉല്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ഉന്നതോർജ്ജ ന്യൂട്രിനോയുടെ എണ്ണം അളക്കുക്ക എന്നതായിരുന്നു Kamiokandeന്റെ ഉദ്ദേശം. റേയുടെ പരീക്ഷണഫലം പോലെ തന്നെ ഇതിന്റെ പരീക്ഷണ ഫലത്തിലും സിദ്ധാന്തവുമായുള്ള പൊരുത്തക്കേട് തുടർന്നു. പക്ഷേ Kamiokandeന്റെ പരീക്ഷണ ഫലം ശാസ്ത്രജ്ഞരെ പിന്നേയും അത്ഭുതപ്രാന്തരാക്കി. പൊരുത്തക്കേട് കുറവായിരുന്നു എന്നതാണ് അതിനു കാരണം. മൂന്നിലൊന്നിനു പകരം ഏതാണ്ട് പകുതി ന്യൂട്രിനോകളെ ഡിറ്റക്ട് ചെയ്യാൻ Kamiokande പരീക്ഷണത്തിനു പറ്റി.

അടുത്ത ഒരു ദശകത്തിൽ (1990-കളിൽ) മൂന്നു വ്യത്യസ്ത വിധത്തിലുള്ള പരീക്ഷണങ്ങൾ വിവിധ പരീക്ഷണഗ്രൂപ്പുകൾ ലോകത്തിന്റെ വിവിധ ഭാഗങ്ങളിൽ നടത്തി. ഇറ്റലിയിലും റഷ്യയിലും നടന്ന പരീക്ഷണങ്ങളിൽ ഗാലിയം ഉൾക്കൊള്ളുന്ന ഭീമൻ ഡിറ്റക്ടറുകൾ ആണ് ഉപയോഗിച്ചത്. ഇറ്റലിയിൽ നടന്ന പരീക്ഷണം GALLEX എന്നും റഷ്യയിൽ നടന്നത് SAGEഎന്നും ആണ് അറിയപ്പെട്ടത്. ഈ പരീക്ഷണങ്ങൾക്കും താഴ്ന്ന ഊർജ്ജമുള്ള ന്യൂട്രോനോകളിൽ മൂന്നിലൊന്നിനെ മാത്രമേ കണ്ടെത്താൻ പറ്റിയുള്ളൂ.

GALLEX, SAGE പരീക്ഷണങ്ങളിലെ ഡിറ്റക്ടർ താഴ്ന്ന ഊർജ്ജമുള്ള ന്യൂട്രിനോകൾക്ക് സംവേദനമുള്ളതാണ് എന്ന യാഥാർത്ഥ്യം വളരെ പ്രാധാന്യം ഉള്ളതാണെന്ന് ജോൺ ബാക്കൽ അഭിപ്രായപ്പെടുന്നു. താഴ്ന്ന ഊർജ്ജമുള്ള ന്യൂട്രിനോകളുടെ എണ്ണം ഉന്നതോർജ്ജമുള്ള ന്യൂട്രിനോകളുടെ എണ്ണത്തെ അപേക്ഷിച്ച് കൃത്യതയോടു കൂടി കണക്കാക്കാം എന്നതാണ് അതിനു കാരണം.

GALLEX, SAGE പരീക്ഷണങ്ങൾക്ക് പുറമേ ജപ്പാനിൽ Kamiokandeന്റെ പരീക്ഷണസംവിധാനത്തിൽ ചില പരിഷ്കാരങ്ങൾ വരുത്തി Super-Kamiokande എന്ന ഒരു പുതിയ detector ഉണ്ടാക്കി. ഇതു ഉപയോഗിച്ച് ഉന്നതോർജ്ജമുള്ള ന്യൂട്രിനോകളുടെ എണ്ണം പിന്നേയും അളന്നു. Kamiokandeന്റെ പരീഷണഫലം ആവർത്തിക്കുയാണ് ചെയ്തത്. അതായത് സൂര്യനിൽ നിന്നു പുറപ്പെടുന്ന ന്യൂട്രിനോകളിൽ ഏതാണ്ട് പകുതിയോളം ഭൂമിയിലെ ഡിറ്റക്ടറുകളിൽ എത്തുമ്പോഴേക്ക് അപ്രത്യക്ഷമാകുന്നു.

സിദ്ധാന്തവും പരീക്ഷണഫലവും തമ്മിലുള്ള പൊരുത്തക്കേട് തുടർന്നു. സൂര്യനിൽ നിന്നു പുറപ്പെടുന്ന ന്യൂട്രിനോകളിൽ കുറച്ച് എണ്ണത്തിനു അതിന്റെ യാത്രയ്ക്കിടയിൽ എന്തോ സംഭവിക്കുന്നു എന്ന വ്യാഖ്യാനത്തിനു ശക്തി പ്രാപിച്ചു. 1990-ൽ Hans Betheയും John Bachall -യും ഇതൊക്കെ വിശദീകരിക്കുന്നതിനു പുതിയ ഒരു ന്യൂട്രിനോ ഫിസിക്സ് അത്യാവശ്യം ആണെന്ന് സിദ്ധാന്തിച്ചു.

പ്രഹേളികയ്ക്ക് പരിഹാരം

2002 ജൂൺ 18-നു കനേഡിയൻ, അമേരിക്കൻ, ബ്രിട്ടീഷ് ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ ഒരു സംഘം നാടകീയമായ ഒരു പ്രഖ്യാപനം നടത്തി. സോളാർ ന്യൂട്രിനോ പ്രോബ്ലം പരിഹരിച്ചിരിക്കുന്നു.

ആയിരം ടണ്ണോളം ഘനജലം അടങ്ങുന്ന ഒരു ഡിറ്റക്ടർ ഉപയോഗിച്ചു നടത്തിയ പരീക്ഷണ ഫലങ്ങൾ അവർ പുറത്തുവിട്ടു. കാനഡയിലെ സാൻബറിയിലുള്ള ഒരു നിക്കൽ ഖനിയിൽ സ്ഥാപിച്ച ഈ ഡിറ്റക്ടർ SNO detector എന്ന പേരിൽ ആണ് അറിയപ്പെട്ടത്. ശുദ്ധജലം ഉപയോഗിച്ചു Kamiokande, Super-Kamiokande കളിൽ നടത്തിയ ഉന്നതോർജ്ജ ന്യൂട്രിനോ പരീക്ഷണഫലങ്ങൾ ശസ്ത്രജ്ഞർ SNO detector-ൽ ഘനജലം ഉപയോഗിച്ച് നടത്തിയ പരീക്ഷണ ഫലവുമായി താരതമ്യം ചെയ്തു.

SNO detectorന്റെ ഏറ്റവും വലിയ പ്രത്യേകത അതു ഇലക്ട്രോൺ ന്യൂട്രിനോയ്ക്കു പുറമേ മ്യുവോൺ ന്യൂട്രിനോയ്ക്കും ടാവു ന്യൂട്രിനോയ്ക്കും സംവാദന ക്ഷമമായിരുന്നു എന്നതാണ്.

Artist's concept of the Sudbury Neutrino Observatory (Courtesy of SNO)

ഇലക്ട്രോൺ ന്യൂട്രിനോകൾക്ക് മാത്രം സംവേദനക്ഷമമായ വിധത്തിലാണ് SNO detectorലെ പരീക്ഷണ സംവിധാനം ആദ്യം ഉപയോഗിച്ചത്. സിദ്ധാന്തത്തിലൂടെ പ്രവചിച്ചിരുന്ന ന്യൂട്രിനോകളുടെ എണ്ണത്തിന്റെ മൂന്നിലൊന്ന് (മുൻപു നടത്തിയിരുന്ന പല പരീക്ഷണങ്ങളുടേയും അതേ ഫലം) എണ്ണം മാത്രമേ ഈ പരീക്ഷണത്തിനും ഡിറ്റക്ട് ചെയ്യുവാൻ പറ്റിയുള്ളൂ. പിന്നീട് SNO detector മൂന്നു തരം ന്യൂട്രിനോകളേയും ഒരുമിച്ച് സംവേദനക്ഷമമാകുന്ന വിധത്തിൽ ക്രമീകരിച്ചു. ശാസ്ത്രജ്ഞരെ അത്ഭുതപ്പെടുത്തി കൊണ്ട് അവർക്ക് കിട്ടിയ ന്യൂട്രിനോകളുടെ എണ്ണം Solar model of physics പ്രവചിച്ചിരുന്ന എണ്ണത്തിനു തുല്യമാകുന്നു എന്നു കണ്ടു. അതായത് ഈ നൂറ്റാണ്ടിലെ ഒരു പ്രധാന ശാസ്ത്ര നിഗൂഡത പരിഹരിച്ചിരിക്കുന്നു.

Super-Kamiokande ഡിറ്റക്ടറിൽ ഇലക്ടോൺ‍ ന്യൂടിനോയ്ക്കു പുറമേ ഒരു ചെറിയ അളവിൽ മറ്റു രണ്ടു തരം ന്യൂടിനോകളെ കൂടി ഡിറ്റക്ട് ചെയ്യാനുള്ള സൗകര്യം ഉണ്ടായിരുന്നു. അതിനാലാണ് സോളാർ മോഡൽ പ്രവചിച്ചതിന്റെ 50% ന്യൂട്രിനോകളെ കണ്ടെത്താൻ അതിനു പറ്റിയത്.

സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡൽ ഓഫ് പാർട്ടിക്കിൾ ഫിസിക്സ് (SMPP) ശരിയാണെങ്കിൽ SNO detectorലെ പരീക്ഷണ ഫലവും Super-Kamiokande-ലെ പരീക്ഷണ ഫലവും തുല്യമാകണം. മാത്രമല്ല എല്ലാ ന്യൂടിനോകളും ഇലക്ട്രോൺ ന്യൂടിനോകളും ആകണം. പക്ഷേ രണ്ട് പരീക്ഷണ ഫലങ്ങളും വ്യത്യസ്തമായിരുന്നു. അതിന്റെ അർത്ഥം വ്യക്തമാണ്. SMPP തെറ്റാണ് അല്ലെങ്കിൽ നവീകരിക്കണം.

Super-Kamiokande-യുടേയും SNO-യുടേയും പരീക്ഷണ ഫലങ്ങൾ ക്രോഡീകരിച്ച് SNO സംഘം മൂന്നു തരത്തിലുള്ള ന്യൂടിനോകളുടേയും ഒന്നു ചേർന്നതിന്റെ കണക്കും ഇലക്ടോൺ ന്യൂടിനോയുടെ മാത്രം കണക്കും എടുത്തു. മൂന്നു തരത്തിലുള്ള ന്യൂടിനോകളുടേയും ഒന്നു ചേർന്നതിന്റെ കണക്ക് സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡൽ ഓഫ് പാർട്ടിക്കിൾ ഫിസിക്സ് പ്രവചിച്ച കണക്കുമായി പൊരുത്തപ്പെട്ടു. ഈ മൊത്തം കണക്കിൽ ഇലക്ടോൺ ന്യൂട്രിനോയുടെ എണ്ണം മൊത്തം ന്യൂടിനോകൽഊടെ എണ്ണത്തിന്റെ മൂന്നിലൊന്നായിരുന്നു.

സോളാർ ന്യൂട്രിനോ പ്രോബ്ലം, ന്യൂട്രിനോയുടെ ഗുണഗണങ്ങളെ പറ്റി നമ്മൾ മനസ്സിലാക്കിയതിന്റെ പരിമതി മൂലം ഉറവെടുത്ത ഒരു പ്രശ്നം ആണ്. Standard Model of Particle Physics അനുസരിച്ച് മുന്നു തരത്തിലുള്ള ന്യൂട്രിനോകൾ ആണ് ഉള്ളത്. ഇലക്ട്രോൺ ന്യൂട്രിനോ, മ്യൂവോൺ ന്യൂട്രിനോ, ടാവു ന്യൂട്രിനോ. ഇതിൽ ഇലക്ടോൺ ന്യൂട്രിനോ ആണ് സൂര്യനിൽ നടക്കുന്ന അണുസംയോജന പ്രക്രിയയിൽ ഉല്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നത്. Standard Model of Particle Physics അനുസരിച്ച് ന്യൂട്രിനോകൾക്ക് ദ്രവ്യമാനം ഇല്ല മാത്രമല്ല ഒരു തരത്തിൽ നിന്നു മറ്റൊരു തരം ആയി മാറാനും പറ്റില്ല (അതായത് ഫ്ലേവർ മാറില്ല).

പക്ഷേ 1990 കളിൽ ഭൌതീക ശാസ്ത്രജ്ഞർ ന്യൂട്രിനോയ്ക്ക് ദ്രവ്യമാനം (not massless) ഉണ്ടെന്നും അതിനു ഒരു തരത്തിൽ നിന്നു മറ്റൊരു തരം ആയി മാറാനും (types are invarient) കഴിയും എന്ന് സിദ്ധാന്തിച്ചു. സോളാർ ന്യൂട്രിനോ പ്രോബ്ലം ഉണ്ടായത് തന്നെ ന്യുട്രിനോയുടെ ഫ്ലേവർ മാറൽ ഗുണം (type variation) മൂലമാണെന്നു ഇന്നു പഠനങ്ങൾ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. അതിനാൽ സൂര്യനിൽ നിന്നു പുറപ്പെട്ട ഇലക്ട്രോൺ ന്യൂടിനോകളുടെ ഒരു ഭാഗം ഈ ഫ്ലേവർ മാറൽ പരിപാടി മൂലം മ്യൂവോൺ ന്യൂട്രിനോ, ടാവു ന്യൂട്രിനോകൾ ആയി മാറി. ന്യൂടിനൊയുടെ ഈ തരം മാറൽ പരിപാടി ന്യൂട്രിനോ ഓസിലേഷൻ‌സ് എന്ന പേരിൽ അറിയപ്പെടുന്നു.

ചുരുക്കത്തിൽ, ന്യൂട്രിനോ ഓസിലേഷൻസ് എന്ന പ്രതിഭാസം മൂലമാണ് സോളാർ ന്യൂട്രിനോ പ്രോബ്ലം ഒരു നിഗൂഡതയായി ശാസ്ത്രജ്ഞരെ നാലു ദശാബ്ദത്തോളം കുഴക്കിയത്.

അവലംബം

• Solving the Mystery of the Missing Neutrinos by John N. Bahcall

പുറത്തേക്കുള്ള കണ്ണികൾ

• Solar neutrino data
• Solving the Mystery of the Missing Neutrinos
• Raymond Davis Jr.'s logbook Archived 2006-10-02 at the Wayback Machine.
• Nova - The Ghost Particle
• The Solar Neutrino Problem by John N. Bahcall
• The Solar Neutrino Problem, by L. Stockman Archived 2006-06-13 at the Wayback Machine.
• A set of photos of different Neutrino detectors