LHC : एक मार्गदर्शिका

Submitted by slarti on 11 September, 2008 - 09:55

LHC_complete_picture.jpg
स्त्रोत : सर्नची LHC मार्गदर्शिका

    नमस्कार. आतापर्यंतच्या सर्वात मोठ्या फटाक्याला १० सप्टेंबर २००८ रोजी, बत्ती लागली आणि पुढची १५ वर्षे हा फटाका वाजतच राहील. माणूस असण्याचा उर फुटेस्तोवर अभिमान वाटण्याची वेळ कमी वेळा येते, हा तसा प्रसंग आहे. विश्वारंभापासून इथे वाजत असलेल्या गाण्याच्या तालावर पाऊल टाकत मानवाने आज सीमोल्लंघन केले. थोडक्यात, या दिवशी Large Hadron Collider (LHC) सुरू झाला. तुमचे, माझे, सर्वासर्वांचे मनापासून अभिनंदन !
    पण नक्की काय आहे हा LHC ? त्याच्या नावाचा अर्थ तरी काय ? असे शास्त्रीय प्रयोग तर कैक होत असतील, त्यात एवढे काय विशेष ? काय आहे या प्रयोगाचे उद्दिष्ट ? या प्रयोगात शास्त्रज्ञ नक्की काय करणार आहेत ? विश्वनिर्मिती आणि या प्रयोगाचा काय संबंध ? कधी संपणार आहे हा प्रयोग ? काय खर्च आहे या प्रयोगाचा ? लोक एवढे का घाबरलेत या प्रयोगाला ? या प्रयोगात खरंच कृष्णविवरे निर्माण होणार आहेत का ? युगांत/जगबुडी खरंच येणार आहे का ?..... हे आणि असे ढीगभर प्रश्न आपल्या सगळ्यांच्याच मनात आले असतील.
    या ढीगभर प्रश्नांची उत्तरे जालावर उपलब्ध आहेत ढीगभर ठिकाणी. पण आमच्या मायबोलीत ही उत्तरे नाहीत ना ! मग ही सगळी माहिती शोधत न बसता आणि मराठीतून मिळाली तर... म्हणून हा एक प्रयत्न या प्रश्नांची उत्तरे देण्याचा. या लेखाला आधार असणार आहे तो खालील मार्गदर्शिकेचा -
    The Ultimate Guide to the LHC (a 4.4Mb pdf file)
    हाच मुख्य आधार का ? तर हे गाईड साक्षात सर्नने प्रकाशित केले आहे आणि त्याची मांडणी व भाषा सहजसुलभ आहे. फक्त एक फरक करावासा वाटतो. यातील भौतिकशास्त्राची जी पार्श्वभूमी आहे ती वेगळी समजावून देण्यापेक्षा LHC ची माहिती देतादेता त्या ओघातच सांगावी असा विचार आहे.
    हे काम एकट्याचे नव्हे, ते दोन अर्थांनी. एक म्हणजे हे मोठे काम आहे, बरेच लिखाण तर आहे. दुसरे म्हणजे हे करताना वाचक कंटाळू नये हे तर मुख्य सूत्र होय. म्हणजे ती माहिती आपल्याला समजेल, पटेल अशा भाषेत मांडायची आहे, शिवाय रुची निर्माण करणार्‍या पद्धतीने लिहिला जावी अशी स्वाभाविक इच्छा. पण आपल्याला काय रोचक वाटेल हे आपल्याशिवाय दुसरे कोण जास्त चांगले जाणेल ? यासाठी माबोकरांना निमंत्रण/आवाहन - ज्या कोणास ही मार्गदर्शिका वाचून त्यातील माहिती आपल्या भाषेत इथे मांडायची आहे त्यांनी मला कृपया मेल करावी. गाईड हा आयडी खास या लेखाकरता तयार केला गेला आहे. ज्यांना इथे लिहायची इच्छा आहे त्यांना या आयडीचा परवलीचा शब्द देण्यात येईल जेणेकरून इथे आपल्या सर्वांचा सहभाग राहील. हा मुख्य आधार पण हा एकमेव आधार नाही हे लक्षात घेऊ. या मार्गदर्शिकेच्या आधारे लिहिताना आपल्याकडची माहितीसुद्धा आपण इथे देऊ.
    आपण विज्ञानावरची इतकी पुस्तके वाचलेली असतात/वाचत असतो. त्यात अनेकदा रोचक, गंमतीदार अशी माहिती मिळत असते. या लेखात सहभागी होताना आपण हे किस्सेसुद्धा योग्य ठिकाणी अंतर्भूत करू या. उदा. LHC चे एक उद्दिष्ट B-particle चा अभ्यास हे आहे. B-particle हा एक meson आहे. Meson हे नाव कसे आले ? आणि त्या नावाला फ्रेंच शास्त्रज्ञांचा विरोध का होता ? हे जाणून घ्यायला आवडेल ना ?

        Large Hadron Collider हा एक particle accelerator आहे, म्हणजेच यात वेगवेगळ्या कणांना प्रचंड (जवळजवळ प्रकाशाइतका) वेग दिला जातो. पण हा केवळ accelerator नसून एक collider सुद्धा आहे, म्हणजेच यात अतिवेगवान कणांचे दोन झोत तयार करण्यात येतात, जे एकमेकांच्या विरुद्ध दिशेने प्रवास करून एकमेकांवर येऊन धडकतात. अर्थातच, हा collider रिंगच्या आकाराचा आहे. या रिंगचा परीघ जवळजवळ २७ किमी आहे. हा collider खरोखरच 'large' आहे.
        LHC_map.jpgLHC_location.jpg
        (स्त्रोत : www.nytimes.com)
        चित्रात दाखवल्याप्रमाणे ही रिंग थोडी स्वित्झर्लंडमध्ये आणि बरीचशी फ्रांसमध्ये आहे. ही रिंग म्हणजे एक जमिनीखाली १००मी अंतरावर बांधलेला ३.८मी व्यासाचा एक बोगदा आहे. एका बाजूला जिनिव्हा विमानतळ आणि दुसर्‍या बाजूला जुरा पर्वत आहेत. जुरा पर्वत हे नाव ओळखीचं वाटतंय का ? आश्चर्य नाही Happy कारण पृथ्वीच्या इतिहासातल्या एका मोठ्या (आणि बहुतेक सर्वात प्रसिद्ध) कालखंडाचे नाव याच पर्वताच्या नावावरून घेतले आहे... 'जुरासिक पार्क'वाला जुरासिक काळ (Jurassic period).
        आपल्याला साधारणतः प्रोटॉन, न्यूट्रॉन आणि इलेक्ट्रॉन यांची ओळख असते. आता हे हॅड्रॉन काय प्रकरण आहे ते बघू या.
        हॅड्रॉन म्हणजे जे कण क्वॉर्क (quark) या मूलकणांपासून बनले आहेत ते. हॅड्रॉन हे कुठल्याही एका कणाचे नाव नसून तो वेगवेगळ्या क्वॉर्कने बनलेल्या सर्व कणांचा वर्ग आहे. यात प्रोटॉन, न्यूट्रॉन हे आपले नेहमीचे यशस्वी कलाकार आहेत, लँब्डा, ओमेगा अशा ग्रीक नावाने ओळखले जाणारे आणि शास्त्रज्ञ सोडून कोणालाही न भेटणारे/दिसणारे हायपरॉन्स (hyperons) आहेत (कारण ते फार कमी काळ टिकतात) आणि खुद्द शास्त्रज्ञांनाही न भेटलेले व ज्यांच्या अस्तित्वाबद्दल शंका आहेत असे ग्लूबॉल्स, पेंटाक्वॉर्क, टेट्राक्वॉर्क यांसारखे 'प्राणी'सुद्धा आहेत. शिवाय, अणूतील सर्व इलेक्ट्रॉन काढून टाकलेले आयन (ions) हेसुद्धा हॅड्रॉनच आहेत. कसे ? कुठल्याही अणूमधले इलेक्ट्रॉन काढून टाकले तर राहते ते फक्त केंद्रक (nucleus) आणि केंद्रकात असतात फक्त प्रोटॉन आणि न्युट्रॉन... अन् हे दोन्ही तर हॅड्रॉन आहेत.... त्यामुळे, कुठलाही इलेक्ट्रॉनविहीन आयन हासुद्धा हॅड्रॉन असतो.
        हॅड्रॉन हे आकाराने मोठे असतात (कणांमध्ये). हा शब्द adros या ग्रीक शब्दावरून आला आहे, अर्थ 'आकाराने मोठा' असा होतो. पण यात इलेक्ट्रॉन मात्र येत नाही.

            ******
            तारांकित माहिती ही जास्तीची आहे. LHC समजून घेण्यासाठी ती आवश्यक नाही.
            मूलकण कोणाला म्हणायचे ? जे कण दुसर्‍या कणांपासून बनले नाहीयेत ते, एवढी साधीसोपी व्याख्या. मूलकणाचं विभाजन शक्य नसते. मूलकण ३ प्रकारचे आहेत - क्वॉर्क (ज्यांपासून हॅड्रॉन बनतात), लेप्टॉन (lepton) आणि बलकण (force mediators).
            क्वॉर्क आणि लेप्टॉन यांपासून पदार्थ बनले आहेत.
            क्वॉर्क हे भलतेच प्रेमळ भाऊ आहेत, ते कधीच एकेकटे सापडू शकत नाहीत. ही आपली उणीव नसून काही मूलभूत नियमाने (color confinement) त्यांना तसे बांधले आहे. ते एकटे स्वतंत्रपणे राहूच शकत नाहीत आणि नेहमीच कमीत कमी दुकटे दिसतात. up, down, charm, strange, top, bottom असे त्यांचे ६ प्रकार आहेत (नावांबाबत भौतिकशास्त्रज्ञांकडून यापेक्षा जास्त अपेक्षा ठेऊ नयेत). अरे हो, या वर्गाचे नाव 'ऑन'ने कसे काय संपत नाही ? त्याचे कारण क्वॉर्कची संकल्पना प्रथम मांडणार्‍या गेल-मान या शास्त्रज्ञाला बदकांचा आवाज वाटेल (जसे की क्वॉर्क) असा शब्द घ्यायचा होता... तेव्हा क्वॉर्क या उच्चाराजवळ जाणारा असा हा शब्द त्याला जेम्स जॉइसच्या 'Finnegans Wake' या पुस्तकात सापडला. त्यामुळेच स्पेलिंगचा खरा उच्चार क्वार्क असा असला तरी भौतिकशास्त्राच्या संदर्भात मात्र त्याचा उच्चार क्वॉर्क असा होतो (खरंच, नावांबाबत भौतिकशास्त्रज्ञांकडून कुठल्याच अपेक्षा ठेऊ नयेत !)
            लेप्टॉनचे सर्वात ओळखीचे उदाहरण म्हणजे इलेक्ट्रॉन. लेप्टॉनपासून दुसरे काही बनत नाही. त्यांचेही सहा प्रकार आहेत - इलेक्ट्रॉन, म्युऑन (muon), टाउ (tau) आणि या प्रत्येकाशी संबंधित एकेक न्युट्रिनो (neutrino) असे सहा. Lepton हा शब्द leptos या ग्रीक शब्दावरून आला आहे ज्याचा अर्थ 'बारीक' असा होतो. लेप्टॉन हे खरोखरच हलके आणि छोटुकले असतात. न्युट्रिनो तर इतका 'सुकडामुकडा' आहे की तो शोधण्यासाठी, त्याचा अभ्यास करण्यासाठी (detection) शास्त्रज्ञांना अक्षरशः आकाश-पाताळ एक करावे लागले.... सूर्यापासून आलेले न्युट्रिनो शोधण्यासाठी त्यांनी जमिनीखाली १ किमी वर ५०,००० टन अतिशुद्ध पाण्याची टाकी बसवली (सुपर-कामिओका न्युट्रिनो वेधशाळा).
            बलकण हे जरा वेगळेच प्रकरण आहे. मूलभूत बले (fundamental forces) ४ प्रकारची आहेत. कल्पना अशी की या कणांद्वारे ते बल एकीकडून दुसरीकडे जाते. हे कण बल वाहून नेतात. म्हणजे मी माझ्या मित्राला हाताने ढकलतो तेव्हा मी त्याच्यावर बल टाकत आहे. जर या बलाचा वाहककण असेल तर मी फक्त तो कण माझ्या मित्राला देईन आणि परिणामी, मित्र ढकलला जाईल. बलकण हे मूलकण असले तरी हे पदार्थकण नाहीत. म्हणजे जरी ते पदार्थांत असले तरी त्यांपासून पदार्थ बनत नाही याचे कारण म्हणजे बलकणांना वस्तुमान नसते. माहितीचे उदाहरण म्हणजे फोटॉन... प्रकाशकण. ऋणभारित इलेक्ट्रॉन आणि धनभारित केंद्रक (atomic nucleus) एकमेकांना कसे खेचतात ? तर या फोटॉन्सच्या द्वारे. थोडक्यात, फोटॉन हे विद्युतचुंबकीय बलाचे (electromagnetic force) वाहक आहेत. इतर ३ बलांचे वाहककण वेगळे आहेत.
            ******

                पण लार्जच का ? हॅड्रॉनच का ? आणि कोलायडरच का ?
                कुठलाही accelerator बांधताना एक मुख्य विचार असतो तो म्हणजे कणांना किती ऊर्जा मिळेल याचा. कणांचा वेग वाढवल्यावर अर्थातच त्यांची ऊर्जाही वाढते, ही ऊर्जा किती पाहिजे हे आपण ठरवायचे. ते आपण प्रयोग कशासाठी करतोय यावर म्हणजेच प्रयोगाच्या ध्येयावर अवलंबून असते. ही जी ऊर्जा आपल्याला कणांना द्यायची असते, तिला design energy किंवा अपेक्षित ऊर्जा म्हणतात. LHC ची design energy (7 TeV एका प्रोटॉन झोताची) प्रचंड मोठी आहे, अभूतपूर्व आहे. आता वर्तुळाकाराच्या accelerator मध्ये कणांना मिळणारा वेग, म्हणजेच कणांना प्राप्त होणारी ऊर्जा ही त्या वर्तुळाच्या त्रिज्येवर अवलंबून असते (इतरही काही घटक असतात). तेव्हा अशी मोठी ऊर्जा त्या कणांना देण्यासाठी त्रिज्यासुद्धा शक्य तितकी मोठी असणे आवश्यक होते. त्यामुळे ही भली मोठी रिंग उत्तम. बरे, ही रिंग वेगळी बांधावी लागली नाही हे तर अजूनच उत्तम. ही रिंग म्हणजे पूर्वाश्रमीचा LEP (Large Electron-Positron collider) नामक accelerator. तो प्रयोग संपल्यामुळे ही रिंग वापरायला उपलब्ध होतीच. अर्थात, जशीच्या तशी नाहीच, खूप मोठे बदल करावे लागले. रिंग उपलब्ध होती असे म्हणण्याचा अर्थ हा की २७ किमीचा बोगदा आधीपासूनच तयार होता. हेही नसे थोडके !

                    ******
                    एक लक्षात घ्या, आपण कणांच्या वेगापेक्षाही कणांच्या ऊर्जेविषयी बोलणे जास्त सोयीचे असते. याचे कारण असे की इथे कणांचा जो वेग आहे तो प्रकाशवेगाच्या जवळ आहे. LHC मध्ये प्रोटॉन्सचा सर्वोच्च वेग हा प्रकाशवेगाच्या ९९.९९९९९९१ % इतका असेल. वेग जेव्हा प्रकाशाच्या वेगाशी comparable असतात, तेव्हा सापेक्षतेचा सिद्धांत (special relativity) लुडबूड करायला लागतो. परिणामी, वेगात अगदी अगदी थोडा जरी फरक पडला तरी ऊर्जेत मात्र खूपच फरक पडतो. त्यामुळे, शास्त्रज्ञ वेगाऐवजी ऊर्जेच्या संदर्भात बोलतात.
                    ******

                        Accelerator मध्ये कणांना वेग देण्यासाठी विद्युतचुंबकीय (electromagnetic) तत्वांचा वापर केला जातो. भार नसलेल्या न्यूट्रॉन्ससारख्या कणांना या तत्वाचा वापर करून वेग देता येत नाही. त्यामुळे फक्त भारित कण (charged particles) वापरण्याचे बंधन येते. शिवाय, कणांना ऊर्जा प्राप्त झाली की ते decay होतात. जास्त ऊर्जा प्राप्त झाली की कण अस्थिर होतो आणि त्याचे रुपांतर दुसर्‍या कमी ऊर्जेच्या कणांमध्ये होते. हे तर अर्थातच टाळले पाहिजे. त्यासाठी खूप ऊर्जा असताही स्थिर राहणारे कण वापरले पाहिजेत. या २ बंधनांचा विचार करता मग व्यवहारी पर्याय काय उरले ? तर इलेक्ट्रॉन (-ve), प्रोटॉन आणि आयन (ions) हे (दोन्ही +ve). त्यात इलेक्ट्रॉन हा लेप्टॉन (बारीक, हलका) आहे आणि प्रोटॉन, आयन हे हॅड्रॉन (आकार व वजनाने मोठे) आहेत.
                        आता वर्तुळाकार मार्गाने वेग वाढवण्यामुळे अजून एक मर्यादा येते. कुठलाही भारित कण जेव्हा वक्र मार्गाने जातो तेव्हा त्याची ऊर्जा कमी होते, तो अक्षरशः ऊर्जा 'सोडतो' (synchrotron radiation). आपला मार्ग तर वर्तुळाकारच आहे. म्हणजे ही अजून एक पंचाईत ! पण त्यातही खोच अशी की वजनदार कण हे हलक्या कणांपेक्षा खूप कमी ऊर्जा 'सोडतात', म्हणजेच वजनदार कणांची ऊर्जेची उधळपट्टी हलक्या कणांपेक्षा बरीच कमी असते. साहजिकच, इलेक्ट्रॉन इथे नापास होतो. राहता राहिले प्रोटॉन आणि आयन, जे हॅड्रॉन आहेत. हॅड्रॉनची निवड अशी झाली आहे.
                        LHC मध्ये प्रोटॉन आणि शिशाचे आयन (lead ions) वापरण्यात येणार आहेत.

                            ******
                            Acceleration झाले हे कधी म्हणायचे ? पुढील ३ पैकी काहीही झाले तर - १. वेग बदलला, २. जाण्याची दिशा बदलली, ३. वरील दोन्ही झाले. आता वक्राकार मार्गाने गेले म्हणजेच acceleration झाले. त्यात कणाचा वेग जरी कायम राहिला तरी वक्राकार मार्गावर असताना आपली 'जाण्याची दिशा' ही प्रत्येक क्षणाला बदलत असते (आपण वक्री मार्गावर जिथे आहोत तिथे वक्राकार मार्गाला एक tangent काढायची की त्या क्षणाची 'जाण्याची दिशा' मिळते). सारांश, वेग बदलो वा न बदलो, वक्राकार मार्गाने जाणे हे acceleration आहे.
                            ******

                                कणांचा फक्त वेग वाढवून इथे काम होणारे नाहीये. प्रयोगाच्या उद्दिष्टांसाठी आपल्याला कणांची धडकही आवश्यक आहे. त्यातही एक कण एका जागी थांबवून दुसरा कण त्याच्यावर आदळता येतो, पण इथे आपल्याला एकूण ऊर्जेची गरज बघायला पाहिजे. मघाशी आपण design energy किंवा अपेक्षित ऊर्जा समजून घेतली. पण ही खरे तर accelerator मध्ये निर्माण होणारी सर्वोच्च ऊर्जा नव्हे, कारण ती ऊर्जा एकाच झोताची आहे. मग दोन विरुद्ध-वाहते झोत जेव्हा एकमेकांवर आदळतात तेव्हा त्या धडकेची एकूण ऊर्जा ही त्यातील प्रत्येक झोताच्या ऊर्जेची बेरीज असते.... total energy available = energy of beam 1 + energy of beam 2. याऐवजी जर एक कण वाहता नसेल, म्हणजे एका जागी थांबला असेल तर एकूण ऊर्जा ही वाहत्या कणाच्या ऊर्जेच्या वर्गमूळाशी proportional असते. (total energy is directly proportional to the sq.root of energy of moving particle) यात जास्त ऊर्जा ही अर्थातच पहिल्या पर्यायातून उपलब्ध होते, त्यामुळे आपण कोलायडर वापरत आहोत.

                                    हे ऊर्जेचे टुमणे का बरे लावले आहे ? काय गरज आहे एवढ्या ऊर्जेची ? असे वाटत असेल ना... ते समजून घेण्यासाठी आता आपण या प्रयोगाच्या उद्दिष्टांकडे पाहू. हा प्रयोग आपण का करतोय हे समजले की 'ये ऊर्जा ऊर्जा क्या लगा रखा है, ये ऊर्जा ऊर्जा ?' हे आपोआपच कळेल Happy
                                    एक गोष्ट आपण सुरुवातीलाच लक्षात घेऊ. कणांचे वस्तुमान हे नेहमीच ऊर्जेच्या एककांमध्ये (units of energy) दिले जाते. याचे कारण वस्तुमान आणि ऊर्जा हे एकच आहेत - E = mc^2. यातील m म्हणजे mass = वस्तुमान, E म्हणजे energy = ऊर्जा आणि c = निर्वातामधला प्रकाशवेग. थोडक्यात, m इतक्या वस्तुमानात mc^2 इतकी अंगभूत ऊर्जा असतेच. त्यामुळे कणांचे वस्तुमान हे ऊर्जेच्या शब्दांत सांगितले जाते. उदा. अमुक कणाचे वजन १२३ MeV (Mega electron-volts). electron-volt (eV) हे ऊर्जेचे एकक आहे. हे आपण दैनंदिन जीवनातही करतोच की. 'साखर किती आणली ?' याचे उत्तर '१५ रुपयांची' असे दिले... प्रश्नकर्त्याला साखरेचा भाव माहिती असेल तर त्याला आणलेल्या साखरेचे वस्तुमान कळेल. 'कणाचे वस्तुमान किती' याचे उत्तर '१२३ MeV ' असे दिले... प्रश्नकर्त्याला c ची किंमत माहिती असेल तर त्याला कणाचे वस्तुमान कळेल.
                                    ही उद्दिष्टे समजून घेण्याआधी आपण Standard Model म्हणजे काय ते बघूया.
                                    सर्व मूलकण आणि मूलभूत बले यांचे आपण उभे केलेले चित्र म्हणजे Standard Model. हे मूलकण कसे आहेत, त्यांचे गुणधर्म काय, मूलभूत बले कोणती, त्यांचे स्वरूप काय या सर्व गोष्टींबद्दल आपण आतापर्यंत जे संशोधन केले आहे आणि त्या संशोधनातून आपल्याला जे काही समजले आहे ते सर्व म्हणजेच Standard Model. पण हे मॉडेल म्हणजे फक्त एक काल्पनिक चित्र नव्हे, या मॉडेलला प्रयोगातून मिळालेल्या पुराव्यांचा भक्कम असा आधार आहे. पण हे चित्र अपूर्ण आहे. बर्‍याच गोष्टी अशा आहेत ज्यांचे स्पष्टीकरण या मॉडेलमध्ये मिळत नाही. या गोष्टी समजून घेण्यासाठी मॉडेलच्या पल्याड (beyond Standard Model) जावे लागते, काहीतरी नवीन विचार करावा लागतो. हा नवीन विचार म्हणजे सुझी (नाही, ही आणिक कोणी मॉडेल नाही). सुझी म्हणजे SuSy अर्थात, Supersymmetry.
                                    LHC म्हणजे सुझीची उलटतपासणी आहे. सुझी आतापर्यंत केवळ कागदावरच होती, पण LHC च्या द्वारे तिला प्रयोगजन्य पुराव्यांचे अधिष्ठान मिळेल. ते मिळाल्याशिवाय सुझीला स्विकारता येणार नाही.
                                    अगदी थोडक्यात सांगायचे तर... प्रत्येक मूलकणाला सिमेट्रिक असा पण त्या कणापेक्षा जास्त वजनदार असा एक सुपरसिमेट्रिक भिडू (supersymmetric partner, superpartner) असतो असं सुझी सांगते. त्या कणांना sparticle म्हणतात, आपण त्यांना स्कण म्हणूया. केवळ वजनदार असणे एवढेच या भिडूचे वेगळेपण आहे का ? नाही, वास्तविक आणखीही काही मूलभूत फरक आहेत. मग ते अँटीमॅटर म्हणजेच सुझी का ? नाही, ते वेगळं. मग आता आपल्याला माहिती असलेल्या (पुराव्यांसहित सापडलेल्या) कणांमध्येच हे स्कण असतात का ? नाही, ते वेगळेच कण आहेत जे आतापर्यंत कधीच सापडले नाहीयेत. त्यासाठी तर हा अट्टाहास !

                                      मॉडेल स्पष्ट करू न शकलेल्या गोष्टींमधली एक अतिशय महत्वाचे गोष्ट म्हणजे वस्तुमान (mass). कुठल्याही कणाला (आणि पर्यायाने तुम्हाआहाला) वस्तुमान कशामुळे प्राप्त होते, कसे प्राप्त होते या प्रश्नांची उत्तरे मॉडेल देत नाही. एवढेच नव्हे, तर काही कणांचे वस्तुमान जास्त का आणि काहींचे कमी का हेही मॉडेल सांगू शकत नाही. शास्त्रज्ञांनी याला Higgs mechanism च्या रुपात उत्तर सुचवले आहे. या मेकॅनिझमनुसार, विश्वात सर्वत्र 'हिग्सचे फील्ड' (Higgs field) पसरले असते. कण या फिल्डबरोबर interact करतात आणि त्यांना वस्तुमान प्राप्त होते. जे कण जास्त तीव्रतेने interact करतात त्यांना जास्त वस्तुमान प्राप्त होते, जे कण कमी तीव्रतेने interact करतात त्यांचे वस्तुमान कमी असते...असा विचार करा की हिग्स फिल्ड हे एक चॉकलेट आहे आणि कण ते 'खात' आहेत. ज्या कणांना चॉकलेट जास्त आवडते ते जास्त 'खातील' आणि त्यांचे वस्तुमान वाढेल. याउलट ज्या कणांना चॉकलेट फारसे आवडत नाहीत (असेही असतात) ते कमी 'खातील' आणि त्यांचे वस्तुमान कमी राहील Happy वस्तुमान प्राप्त करण्याच्या ही पद्धत म्हणजेच Higgs mechanism होय.
                                      पण हे जे interaction आहे ते कुठल्या मार्गाने होते ? तर अर्थातच हिग्स कणाद्वारे (Higgs boson or Higgs particle). जसे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फिल्डशी संबंधित कण म्हणजे फोटॉन, तसेच हे. सुझी म्हणते, हिग्स फिल्डशी संबंधित कमीत कमी एक तरी कण आपल्याला पूर्णतः नवा असेल. तो म्हणजे हा हिग्स कण. शास्त्रज्ञांचा अंदाज असा की हिग्स कणाचे वस्तुमान १०० GeV ते 1 TeV अशा रेंजमध्ये असावे. एक मात्र नक्की, हिग्स कणाचे वस्तुमान 'भरपूर' आहे. मग हे कण निर्माण करायचे असतील तर त्यांच्या वस्तुमानाएवढी ऊर्जा उपलब्ध पाहिजे. हिग्स कणाच्या अस्तित्वास आवश्यक एवढी ऊर्जा हॅड्रॉन्सच्या धडकांमधून प्राप्त करून त्याद्वारे हिग्स कण निर्मिती करणे व त्याचा अभ्यास करणे हे LHC चे एक मुख्य उद्दिष्ट आहे.

                                        तुम्हाला holy grail ही संकल्पना माहिती असेल (Da Vinci Code वाचलेल्या सर्वांना तर चांगलीच)... किंवा आपली चारधाम यात्रा... किंवा हज यात्रा... तसेच महत्व भौतिकशास्त्रात कशाला असेल तर ते unification म्हणजेच एकीकरणाला. कोणाचे एकीकरण ? तर मूलभूत बलांचे. बिग बँगचे आपण जे चित्र उभे केले आहे, त्यानुसार आता अत्यंत वेगवेगळी असणारी ४ बले म्हणजे मुळात एकच बल होते... विश्वनिर्मितीनंतर जसजसे विश्व थंड होत गेले तसतसे एका बलापासून ४ बले वेगवेगळी झाली. हे आता आपण मांडलेले सिद्धांत आहेत. या सिद्धांतांसाठी सुझी आवश्यक आहे. दुसर्‍या शब्दात सांगायचे झाले तर सुझी योग्य आहे, खरीच अस्तित्वात आहे हे सिद्ध झाले तर आपण उभा केलेला बल-एकीकरणाचा सैद्धांतिक डोलारा भरीव पायावर उभा आहे हे सिद्ध होईल. आता स्कण (= सुझीने सुचवलेले कण) तर भरपूर वस्तुमानाचे आहेत, याचाच अर्थ....... बरोबर ओळखलंत ! याचाच अर्थ स्कण निर्माण करायचे असतील तर भरपूर ऊर्जा आवश्यक आहे. पण सुझीच्या पडताळणीसाठी एका झटक्यात सर्वच स्कण निर्माण करायला पाहिजेत असे मुळीच नाही. कमीत कमी ऊर्जेचे (= हलक्यातले हलके) स्कण आधी निर्माण होत आहेत की नाही हे बघावे असा स्वाभाविक विचार शास्त्रज्ञांनी केला. सुझीच्या पडताळणीसाठी हलक्यातले हलके स्कण निर्माण करता येत आहेत की नाही हे बघणे हे LHC चे एक मुख्य उद्दिष्ट आहे.

                                          दिसतं तसं नसतं, म्हणूनच जग फसतं... विश्वाची कैक निरीक्षणे आणि गणिते मांडल्यावर शास्त्रज्ञांना हे कळले आहे की तुम्हीआम्ही ज्यापासून बनलो आहोत ते दृष्य मॅटर हे संपूर्ण विश्वाच्या केवळ ४% आहे. विश्वाचा ७३% भाग हा कृष्णऊर्जेने (dark energy) आणि २३% भाग हा आपल्याला अदृष्य अशा कृष्णपदार्थाने (dark matter) बनला आहे. हा अदृष्य असा कृष्णपदार्थ स्कणांपासून बनला असावा असे शास्त्रज्ञांना वाटते. कृष्णपदार्थाला कारणीभूत असलेले स्कण मिळत आहेत का हे बघणे हे LHC चे एक मुख्य उद्दिष्ट आहे.

                                            इलेक्ट्रॉन हा ऋणभारित आहे हे आपण शाळेत शिकतो. पण जवळजवळ इलेक्ट्रॉनसारखाच दिसणारा इलेक्ट्रॉनचा एक भाऊ असतो, तो म्हणजे पॉझिट्रॉन... पण हा मात्र धनभारित असतो. तसच धनभारित प्रोटॉनसाठी एक अँटीप्रोटॉन असतो, जो ऋणभारित असतो. प्रत्येक कणाला एक अँटीकण (antiparticle) असतो, आपण त्याला प्रतिकण म्हणूया. या प्रतिकणांचे व्यवच्छेदक लक्षण म्हणजे कण आणि प्रतिकण एकमेकांच्या संसर्गात आले (त्यांच्यात interaction झाली) की दोघेही तत्क्षणी नाश पावतात आणि ऊर्जानिर्मिती होते. म्हणजे हे दोघे भेटले की स्फोट होतो असेच म्हणाना. गंमत म्हणजे जसे कणांपासून पदार्थ बनला आहे, तसे या प्रतिकणांपासूनसुद्धा प्रतिपदार्थ (antimatter) बनतो. शास्त्रज्ञांनी प्रयोगशालेत अँटीहायड्रोजन आणि अँटीहेलियम बनवले आहेत.
                                            पण याचा अर्थ असा नाही की हे फक्त कृत्रिमरित्याच बनवता येतात. प्रतिकण निसर्गतःसुद्धा निर्माण होतात आणि इथेच खरी गोम आहे. विश्वातील आपल्याला दिसणार्‍या बहुतेक गोष्टी या मॅटरच्या बनल्या आहेत (हे आपल्याला पृथ्वीवर बसल्या बसल्या निरीक्षणांद्वारे कळते). हे कसे काय झाले ? प्रतिकण हेसुद्धा नैसर्गिकरित्या तयार होत असतील तर विश्वात त्यांचे अस्तित्व इतके कमी कसे काय ? कणांचीच 'जास्तीची मेजॉरिटी' का आहे याचे उत्तर शोधणे हे LHC चे एक मुख्य उद्दिष्ट आहे.

                                                ******
                                                मात्र असे समजू नका की फक्त विद्युतभारित कणांचेच प्रतिकण असतात. काहीच विद्युतभार नसलेल्या न्युट्रॉनलाही अँटीन्युट्रॉन हा प्रतिकण आहे. सुरुवातीला शास्त्रज्ञांचा समज असा होता की कण-प्रतिकण हे बिंब-प्रतिबिंब आहेत... एकाला आरसा दाखवला तर आरशात दुसरा दिसतो. परंतु, अधिक संशोधनाअंती असे आढळले की प्रतिकण हा अगदी अचूक प्रतिबिंब नाही. प्रतिकण आणि कणाच्या प्रतिबिंबात काही फरक आहेत. प्रतिकण कमी व कण जास्त असण्याचे कारण हे फरक असतील अशी एक दाट शक्यता आहे.
                                                न्युट्रॉन, प्रोटॉन हे हॅड्रॉन आहेत हे आपण पाहिले कारण ते क्वॉर्कपासून बनले आहेत. मग त्यांचे प्रतिकण कशापासून बनले असतील ? होय, त्यांचे विकण प्रतिक्वॉर्कपासून (antiquark) बनले असतात. प्रत्येक कणाचे एक अक्षरचिन्ह असते (symbol), उदा. प्रोटॉन p ने दर्शवला जातो, इलेक्ट्रॉन e ने दर्शवला जातो. तसेच एखाद्या कणाचा प्रतिकण दर्शवण्यासाठी त्या कणाच्या अक्षरचिन्हावर आडवी रेघ मारली जाते.
                                                पण काय हो, हे इथे बसल्या बसल्या अब्जावधी मैल दूर असलेल्या गोष्टी कशाने (पदार्थकणांनी की प्रतिणांनी) बनल्या आहेत हे कळते तरी कसे ? नाही, म्हणजे त्यात भरपूर चुका असतीलच ना अन् चुका असतील तर पदार्थकण जास्त आहेत हा आपला समज चुकीचाच होय.
                                                ही शंका रास्त आहे. असे समजा की बिग बँग नंतर विश्वात पदार्थ आणि प्रतिपदार्थ यांचे विभाग तयार झाले. आता ते एकमेकांबरोबर तर राहूच शकत नाहीत, त्यामुळे पदार्थकणाच्या विभागात प्रतिपदार्थ नसणार आणि प्रतिपदार्थाच्या विभागात पदार्थ. असे विभाग तयार झाले तरी त्यांच्या सीमेवर मात्र ते एकमेकांच्या संपर्कात येणार आणि तिथे नक्कीच स्फोट घडून ऊर्जानिर्मिती होईल. इथे ऊर्जानिर्मिती ही गॅमा किरणांच्या रुपात होते, यांनाच वैश्विक किरणे (cosmic rays) असेही म्हणतात कारण ते विश्वात सर्वत्र आढळतात. तर या सीमेवर झालेल्या गॅमा किरणोत्सर्गापैकी किती उत्सर्ग पृथ्वीवर पोहोचेल याचे गणित मात्र आपल्याला मांडता येते आणि त्यावरून ही सीमा कुठे असेल हे आपल्याला कळते. आता पोहोचत असलेला किरणोत्सर्ग बघता असे दिसते की पदार्थविभागाची सीमा विश्वाच्या सीमेला जवळजवळ टेकली आहे. म्हणजेच, जवळजवळ पूर्ण विश्वात पदार्थकणच आहेत.
                                                विश्वात दोन प्रकारची किरणे सर्वत्र आढळतात - वर लिहिलेले वैश्विक किरण (हे अतिशय शक्तिशाली असतात) आणि मायक्रोवेव्ह किरणे (CMB - Cosmic Microwave Background) - जी आहेत बिग बँगचा ढळढळीत पुरावा... सिंधु संस्कृतीचा पुरावा म्हणजे आता दिसणारे हडप्पा-मोहोंजोदारोचे अवशेष, तसेच ही सर्वव्यापी मायक्रोवेव्ह किरणे म्हणजे बिगबँगचे अवशेष होत... वर उल्लेख केलेल्या सीमेवरच्या किरणोत्सर्गाचे परिणाम या CMB मध्येसुद्धा दिसतात. ते परिणाम मोजून आपल्याला प्रतिपदार्थ जास्तीत जास्त किती असू शकेल हे कळते... त्यावरून परत एकदा 'पदार्थकण जास्त आहेत' या विधानाला पुष्टी मिळते.
                                                ******

                                                    हे सगळं ठिक आहे हो, पण याला 'बिग बँग प्रयोग' का म्हणतात ? म्हणजे शास्त्रज्ञ खर्राखुर्रा बिगबँग इथे, या प्रयोगात घडवणार आहेत की काय ? होय Happy शास्त्रज्ञ इथे खरंच बिग बँग घडवणार आहेत. म्हणजे ते नक्की काय करणार आहेत हे आपण समजून घेऊ. ते समजून घेण्यासाठी आधी परत एकदा प्रयोगात निर्माण होणार्‍या ऊर्जेकडे पाहू.
                                                    आपण आधीच बघितले की प्रोटॉनच्या एका झोताची सर्वोच्च ऊर्जा ७ TeV इतकी असेल, आपण हेही पाहिले की असे २ झोत जेव्हा एकमेकांवर समोरासमोर आदळतील, तेव्हा त्या धडकेची एकूण ऊर्जा ही ७ TeV + ७ TeV = १४ TeV इतकी असेल. पण खरे तर हीसुद्धा प्रयोगातली सर्वोच्च ऊर्जा नव्हे. आता शिशाच्या केंद्रकात थोडेथोडके नव्हे तर ८२ प्रोटॉन्स असतात. तेव्हा अशा केंद्रकांनी बनलेले २ झोत (इथे वापरण्यात येणार्‍या शिशाच्या आयनांमध्ये एकही इलेक्ट्रॉन नाही) जेव्हा समोरसमोर येऊन आदळतील तेव्हा त्या धडकेची ऊर्जा ११५० TeV इतकी प्रचंड असेल. पण प्रचंड म्हणजे किती प्रचंड ? तर १ TeV ऊर्जा ही साधारणपणे एका डासाची उडतानाची ऊर्जा होय... म्हणजे आपण ११५० डासांच्या ऊर्जेला प्रचंड म्हणतोय की काय ? (खरे तर तीसुद्धा थोडी नव्हे ! १ डास आपल्याला जो वैताग आणतो ते बघता ही ऊर्जा थोडी नाही हे कोणीही मान्य करेल :)) इथे आपण एका खूप महत्वाच्या मुद्याकडे येत आहोत.... एका मोठ्या सभागृहात ११५० उडते डास असतील तर त्यांचा कदाचित फारसा त्रास होणारही नाही.... एका खोलीत ११५० डास असतील तर त्यांची 'ऊर्जा' व्यवस्थितच जाणवेल.... तुम्ही पांघरूण घेऊन झोपला आहात आणि त्या पांघरूणात ११५० डास सोडले तर.... पाणी पिऊन थोडे शांत झाल्यावर तुम्हाला विचारलं, डासांची 'ऊर्जा' किती होती ? तर तुम्ही म्हणाल, फारच प्रचंड होती ! म्हणजे ऊर्जा तितकीच, पण ती छोट्या जागेत आली की 'प्रचंड' झाली. म्हणजेच 'एकूण ऊर्जा किती ?' यापेक्षाही जास्त महत्वाची गोष्ट ही की 'किती ऊर्जा किती जागेत मावली आहे ?' सारांश, ऊर्जेची घनता (energy density) किती ? तुम्ही डासांच्या ऊर्जेला प्रचंड नाही म्हणालात, तुम्ही त्या ऊर्जेच्या घनतेला प्रचंड म्हणालात.... इथेच LHC मधला बिग बँग दडला आहे.
                                                    LHC मध्ये जेव्हा शिशाच्या आयनांचे झोत एकमेकांवर आदळतील तेव्हा ही ११५० डासांची (प्रयोगशाळेतील अभूतपूर्व) ऊर्जा एका डासाच्या १०० लक्षलक्षांश एवढ्या छोट्या भागात (डासाचा '१ वर १२ शून्ये' इतक्या पटीने लहान भाग) मावली असेल. खास बाब ही की अशी अत्युच्च ऊर्जाघनता एकेकाळी पूर्ण विश्वात होती... एकेकाळी म्हणजे नक्की कधी ? तर बिग बँग झाल्यावर, प्रत्यक्ष काळाची सुरुवात झाल्यावर 'एका सेकंदाचा लक्षलक्षलक्षलक्षलक्षांश भाग (एका सेकंदाचा '१ वर २५ शून्ये' इतक्या पटीने लहान भाग)' इतक्या वेळानंतर... अन् तेव्हा संपूर्ण विश्वाची ऊर्जाघनता एवढी होती, म्हणजे विश्वातली एकूण ऊर्जा किती असेल ? त्याचा अंदाज आपल्याला विश्वाच्या तेव्हाच्या तापमानावरून येईल... त्यावेळचे विश्वाचे तापमान होते '१ वर १७ शून्ये' इतके डिग्री सेल्सियस !! आणि ही अशी स्थिती आपण LHC मध्ये निर्माण करणार आहोत (अत्यंत छोट्या जागेत, अर्थातच).
                                                    हा 'अघोरीपणा' का करायचा ? तर विश्व निर्माण झाल्यावर लगेचच पदार्थाची काय अवस्था होती हे बघण्यासाठी. शिशाचे वेगवान आयन जेव्हा एकमेकांवर आदळतील तेव्हा त्या क्षणाला त्यांचे रुपांतर विश्वनिर्मितीनंतर लगेचच अस्तित्वात असणार्‍या अतितप्त पदार्थात होईल. विश्वनिर्मितीच्या वेळी विश्वातील पदार्थाचे स्वरूप काय होते हे प्रत्यक्ष प्रयोगाद्वारे समजून घेणे हे LHC चे एक मुख्य उद्दिष्ट आहे.

                                                        ******
                                                        universe_timeline.jpg
                                                        स्त्रोत्स : सर्नची LHC मार्गदर्शिका
                                                        आपल्या सध्याच्या समजुतीनुसार, विश्वाच्या आरंभी मॅटरचे अत्यंत तप्त, दाट असे 'आदिसूप' अस्तित्वात होते (primordial soup). (जेवणाच्या 'आधी सूप' घेण्याची पद्धत तिथूनच सुरू झाली असे काही लोकांचे म्हणणे आहे.) काय होते या सूपमध्ये ? यात होते २ मूलकण - क्वॉर्क आणि ग्लुऑन (gluon). ग्लुऑन हे बलकण आहेत. ४ मूलभूत बलापैकी सर्वात शक्तीशाली अशा strong force चे ते वाहक आहेत. अणूच्या केंद्रकात एकाच प्रकारचा विद्युतभार असलेले प्रोटॉन असतात... ते एकमेकांना दूर ढकलत (force of repulsion) असूनही केंद्रक स्थिर कसा राहतो ? फुटत का नाही ? याचे कारण प्रोटॉन, न्युट्रॉन मधल्या क्वॉर्कवर काम करणारा strong force आणि त्याचे वाहक ते ग्लुऑन... केंद्रकातील कणांना ग्लूसारखे घट्ट धरून ठेवणारे (यांना डिंकण म्हणावे का ?). तर या दोन मूलकणांपासून बनलेल्या आदिसूपला म्हणतात 'quark-gluon plasma (QGP)'. LHC मध्ये जेव्हा शिशाचे आयन धडकतील तेव्हा तिथले तापमान सूर्यगर्भापेक्षा १ लाख पटीने जास्त होईल, हॅड्रॉनमधले क्वॉर्क सुटे होतील आणि हे आदिसूप निर्माण होईल. अशा प्रकारे आपल्याला मूलकणांच्या मूलभूत गुणधर्मांचा अभ्यास करण्याची संधी मिळेल. त्याचबरोबर मूलकणांपासून पदार्थकण कसे तयार झाले यावरही काही प्रकाश पडेल.
                                                        ******

                                                            LHC ची मुख्य उद्दिष्टे तर आपण पाहिली, आता इतर काही गोष्टींचा परामर्श घेऊ.

                                                              LHC मध्ये बिग बँगची परिस्थिती निर्माण होणार असली, तरी आपण हेही पाहिले की ती कशी निर्माण होणार आहे. ती परिस्थिती अत्यंत थोडा काळ असेल आणि छोट्या जागेत असेल.

                                                                अभूतपूर्व ऊर्जेच्या धडका असे आपण वाचत आलो... पण याचा अर्थ हे मानवासाठी अभूतपूर्व आहे. निसर्गासाठी नव्हे, किंबहुना, निसर्गासाठी तर अशा धडका म्हणजे फार काही नाहीत. आपण वैश्विक किरणांबद्दल वाचले... ही किरणे तार्‍यांच्या स्फोटातून, कृष्णविवराच्या निर्मितीतून निर्माण होतात आणि साहजिकच ती अत्यंत शक्तिशाली असतात. या किरणांच्या ऊर्जेच्या तुलनेत LHC मधली ऊर्जा खूप छोटी आहे. खास बाब म्हणजे ही किरणे पृथ्वी जन्मापासून अंगावर झेलत आहे आणि तरीसुद्धा तिला काही झाले नाहीये... दुसरी गोष्ट अशी की या किरणांच्या ग्रहांबरोबर अनेक धडका होतात, अनेक म्हणजे LHC मधल्या धडकांच्या संख्येपेक्षा कैक पटीने जास्त. अशा जबरदस्त किरणांच्या लाखो वर्षांपासून बसत असलेल्या धडकांनी ग्रहांना काही झाले नाही. LHC च्या प्रयोगाकडे बघताना हे वास्तव ध्यानात घेणे आवश्यक आहे.

                                                                  काही शास्त्रज्ञांच्या म्हणण्यानुसार या धडकांमधून सूक्ष्म कृष्णविवरे तयार होऊ शकतात. ही शक्यता पूर्णपणे नाकारता येणार नाही. पण मग ती कृष्णविवरे पृथ्वीला गिळंकृत करतील का ? आपल्याला हे माहिती आहे की कृष्णविवर म्हणजे विश्वातील सर्वोच्च गुरुत्वाकर्षण असलेली गोष्ट... हे गुरुत्वाकर्षण किती तीव्र असते ? तर प्रकाशही एकदा त्या विवरात गेला की त्या विवरातून बाहेर पडू शकत नाही (या विहिरीत टॉर्च मारून काहीच उपयोग नाही) इतके तीव्र ! यांचे गुरुत्वाकर्षण हे त्यांच्या वस्तुमानावर किंवा ऊर्जेवर अवलंबून असते... जास्त वस्तुमान/ऊर्जा तर गुरुत्वाकर्षणही जास्त. आता LHC मध्ये ज्या कणांच्या धडकांमुळे विवरे निर्माण होतील, त्या किरणांची ऊर्जा किती ? डासांइतकी. त्यामुळे इथे जी विवरे निर्माण होतील ती सूक्ष्मच असतील आणि त्यांचे वस्तुमान खूपच कमी असेल. त्यामुळे त्यांचे गुरुत्वाकर्षणही कमीच असेल... इतके कमी की आजूबाजूच्या गोष्टींना ते विवर स्वतःमध्ये खेचून घेऊ शकणार नाही.
                                                                  दुसरा मुद्दा असा की कृष्णविवर केवळ वाढतच राहते असे नाही. ते ऊर्जा सोडतेसुद्धा, जिला आपण हॉकिंग किरणोत्सर्ग म्हणतो (Hawking radiation). स्टीफन हॉकिंगने हा सिद्ध केले म्हणून त्याच्या नावाने हे ओळखले जाते. म्हणजे ते विवर टिकण्यासाठी त्याचे गुरुत्वाकर्षण या किरणोत्सर्गापेक्षा प्रभावी पाहिजे, त्याचा पगार त्याच्या खर्चापेक्षा जास्त पाहिजे. तसे जर नसेल तर ? होय, अर्थातच ते नष्ट होते. पगार कमी म्हणजेच वस्तुमान कमी. जर वस्तुमान कमी असेल तर गुरुत्व कमी, ते विवर पदार्थाला स्वतःकडे खेचून घेऊ शकत नाही, पण हॉकिंगवरचा खर्च तर असतोच. सारांश, अशी कमी वस्तुमान असलेली = गुरुत्वाकर्षण कमी असलेली = पदार्थाला स्वतःमध्ये खेचून घेऊ न शकणारी विवरे हॉकिंग किरणोत्सर्गाद्वारे आपोआपच नष्ट होतात. जितके ते विवर छोटे, तितका हा नष्ट होण्याचा वेग जास्त. त्यामुळे LHC मधली विवरे इतका कमी काळ टिकतील की ती आपल्याला प्रत्यक्ष 'दिसणार्'च नाहीत. त्यांचे अस्तित्व ते नष्ट झाल्यावरच कळेल... ते नष्ट झाल्याच्या खुणांवरून (products of their decay).
                                                                  हे पटत नसेल, तर असा विचार करा, जर LHC मधल्या 'सामान्य' ऊर्जा असलेल्या कणांच्या धडकेतून कृष्णविवरे निर्माण होत असतील तर वैश्विक किरणांच्या धडकांमधून तर राजरोसपणे विवरे निर्माण होत असली पाहिजेत. आता त्या विवरांमुळे झालो का आपण नष्ट ? त्या विवरांमध्ये आपण कुठे खेचले गेलो ? हे फारच आश्वासक सत्य आहे Happy

                                                                    युगांताच्या, जगबुडीच्या गोष्टी किती पोकळ आणि अतार्किक आहेत हे आपण पाहिले. गंमत अशी की ज्या गोष्टीची तर्काधारित चिंता वाटावी त्याबद्दल मात्र आपण गप्पच आहोत... ती आहे किरणोत्सर्ग (radiation). LHC सारख्या त्वरकातून किरणोत्सर्ग होणारच (जसा कुठल्याही आण्विक भट्टीतून होतो), तो अपरिहार्य असतो. एवढेच नव्हे, तर आपण त्याच्याशी संपर्कसुद्धा पूर्णपणे टाळू शकत नाही. मग आपण काय करू शकतो ? तर माणसांचा, पर्यावरणाचा या अनैसर्गिक किरणोत्सर्गाशी कमीत कमी संपर्क येईल अशी उपाययोजना करणे हे आपण नक्कीच करू शकतो... कमीत कमी म्हणजे किती कमी ? तर जितक्या किरणोत्सर्गामुळे माणसाला व पर्यावरणाला हानी पोहोचणार नाही तितका कमी. माणूस व पर्यावरण किती किरणोत्सर्ग काही अपाय न होता सहन करू शकतात ही मर्यादा आपण वैद्यकशास्त्र आणि पर्यावरणशास्त्र यांच्या आधारे ठरवली आहे. लक्षात घेण्याची बाब ही की नैसर्गिक किरणोत्सर्ग असतोच, आपण त्याला दैनंदिन झेलत असतो. आपला देह त्याप्रमाणे उत्क्रांत झाला आहे. उदा. स्वित्झर्लंडमध्ये प्रतिवर्षी २४०० एकक इतका नैसर्गिक किरणोत्सर्ग आढळतो.
                                                                    प्रयोगातून होणार्‍या किरणोत्सर्गाशी संपर्क हा धोक्याच्या पातळीच्या आतच राहील याची पुरेपूर काळजी सर्नने (LHC चे मालक) घेतली आहे. यात प्रत्यक्ष तिथे असलेले लोक, जमिनीवरची आम जनता, पर्यावरण या सगळ्याचा विचार करण्यात आला आहे. फ्रांस आणि स्वित्झर्लंड या दोन्ही देशांच्या कायद्याने अशा संपर्काच्या मर्यादा घालून दिल्या आहेत (ज्या अर्थातच वैद्यकशास्त्रावर आधारित आहेत.) LHC मुळे जो किरणोत्सर्ग-संपर्क होईल तो या मर्यादांच्या आतच राहणार आहे.
                                                                    क्रमशः

                                                                    Group content visibility: 
                                                                    Public - accessible to all site users

                                                                    आत्ता नुसता वरवर चाळलाय लेख, आणि तसं वाचून समजण्यासारखा नाहीच, तेव्हा सावकाश नक्कीच वाचेन.
                                                                    पण हा उपक्रम सुरू केल्याबद्दल अभिनंदन करावंसं वाटलं.
                                                                    यात सहभागी व्हायला खूप आवडलं असतं, पण सद्ध्या वेळेची जरा चणचण आहे.

                                                                    >>>>
                                                                    मूलभूत बले (fundamental forces) ४ प्रकारची आहेत. कल्पना अशी की या कणांद्वारे ते बल एकीकडून दुसरीकडे जाते.
                                                                    >>>>
                                                                    ग्रॅविट्रॉन ही केवळ संकल्पना आहे का खरेच ग्रॅविट्रॉन आहेतच असे समजून वरील विधान केले जाते? तसेच जसे विद्युत आणि चुंबकीय बलांचे एकीकरण यशस्वी रित्या करण्यात आले तसे स्ट्राँग व वीक फोर्स ह्यांचे आपापसात आणि विद्युतचुंबकीय बलाबरोबर एकीकरण करता येते का? (बहुतेक स्ट्राँग का वीक फोर्स पैकी एक इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फोर्सशी युनिफाय करता येतो ना??)
                                                                    ह्या प्रयोगातून बोसॉन, पार्टनर पार्टीकल्स आणि सुपरसिमेट्रीशी संबंधीत काही गोष्टींवर प्रकाश पडणार आहे का?

                                                                    पुढील लेखांची आतुरतेने वाट पाहतोय.

                                                                    >>>>
                                                                    न्युट्रिनो तर इतका 'सुकडामुकडा' आहे की तो शोधण्यासाठी, त्याचा अभ्यास करण्यासाठी (detection) शास्त्रज्ञांना अक्षरशः आकाश-पाताळ एक करावे लागले.... सूर्यापासून आलेले न्युट्रिनो शोधण्यासाठी त्यांनी जमिनीखाली १ किमी वर ५०,००० टन अतिशुद्ध पाण्याची टाकी बसवली
                                                                    >>>
                                                                    मला वाटते की हा प्रयोग न्युट्रॉन डिकेचा अभ्यास करण्यासाठी केला गेला होता. त्याची प्रोबॅबिलिटी लक्षात घेउन जमिनीखाली ती टाकी ठेवण्यात आली ज्यायोगे फोटॉनशी ह्या शुद्ध पाण्याचा संपर्क येउ नये. पण हा प्रयोग फसला (चूभूदेघे)

                                                                    >>>>>
                                                                    तेव्हा क्वॉर्क या उच्चाराजवळ जाणारा असा हा शब्द त्याला जेम्स जॉइसच्या 'Finnegans Wake' या पुस्तकात सापडला.
                                                                    >>>
                                                                    मुळात भौतिकशास्त्रज्ञ आणि त्यात 'Finnegans Wake' वाचले तर अजुन काय अपेक्षा ठेवायची त्या माणसाकडून? Lol

                                                                    'हिग्सचे फील्ड' ही संकल्पना नीट समजली नाही. २-३ वेळा वाचुन सुद्धा. परत एक्सप्लेन कराल का?

                                                                    इलेक्ट्रिक, मॅग्नेटिक इ. फिल्ड तसे हे फिल्ड आहे. हिग्स नावाच्या ब्रिटिश शास्त्रज्ञाच्या नावाने ही संकल्पना ओळखली जाते. हिग्स फिल्ड हे 'वस्तुमानाचे' फिल्ड आहे. म्हणजे काय ? असे बघा, इलेक्ट्रिक फिल्डमध्ये एकाद्या विद्युतभारित कणावर इलेक्ट्रिक फोर्स येतो, ग्रहाच्या गुरूत्वाच्या (gravity) फिल्डमध्ये आपण असलो की आपण गुरुत्वाकर्षण अनुभवतो तसे हिग्स फिल्डबरोबर कण जेव्हा interact करतो, तेव्हा त्याला वस्तुमान प्राप्त होते.
                                                                    पण वर उल्लेख केलेल्या फिल्डमध्ये आणि हिग्स फिल्डमध्ये काही महत्वाचे फरक आहेत. एकतर हे फिल्ड सर्वत्र आहे. म्हणजे विश्वातील प्रत्येक कण (न् कण) हा या फिल्डमध्ये आहे. दुसर म्हणजे, असे असले तरी सगळ्याच कणांना वस्तुमान प्रप्त होते असे नाही. त्याच कणांना वस्तुमान येते जे फिल्डबरोबर interact करतात.
                                                                    हे ठिक आहे का ?

                                                                      ***
                                                                      Has the LHC destroyed the world yet?
                                                                      (If you are not satisfied, please check out the source code.)
                                                                      LHC : एक मार्गदर्शिका

                                                                      मग डार्क मॅटर आहे त्याला पण वस्तुमान असेल का?

                                                                      टण्या, graviton ही सध्यातरी केवळ एक संकल्पनाच आहे. ग्रॅविटॉन 'सापडणे' म्हणजे गंगेत घोडे न्हाणे Happy
                                                                      electroweak unification (electromagnetic + weak) कधीच झाले आहे (१९७९ सालचे भौतिक-नोबेल सलाम, ग्लाशो आणि वाइनबर्ग यांना याच कामाबद्दल देण्यात आले.)
                                                                      कामिओका हा प्रोटॉन डीके साठी होता हे तुझे म्हणणे बरोबर आहे. शिवाय सौर-न्युट्रिनोंचा अभ्यास करणे हीदेखिल त्यांची उद्दिष्टे होती. न्युट्रिनोला वस्तुमान असते याचा पुरावा त्यांनी दिला (neutrino-oscillations), तेव्हापासून ती neutrino observatory म्हणूनच जास्त ज्ञात आहे.
                                                                      अखि, आपल्या सिद्धांतानुसार डार्क मॅटरला वस्तुमान आहे.
                                                                      सुझी, कृष्णपदार्थ आणि ऊर्जा, बल-एकीकरण याबद्दल थोडं नंतर बोलूच. बराच रोचक विषय आहे Happy

                                                                        ***
                                                                        Has the LHC destroyed the world yet?
                                                                        (If you are not satisfied, please check out the source code.)
                                                                        LHC : एक मार्गदर्शिका

                                                                        म्हणजे स्ट्राँग आणि विद्युतचुंबकीय चे युनिफिकेशन नाही झालेले अजुन. म्हणजे ३ वेगवेगळी बले आहेत अजुन.. असो.. सगळच सापडलं तर थेरॉटिकल फिजिसिस्टने करायचे काय? Happy

                                                                        ते सुझी म्हणजे काय हे समजून घेण्याचा एकदा प्रयत्न केला होता.. पण साधी सिमेट्रीच गणिती पद्धतीने दृष्यांकीत (विज्युअलाइज) करायला अवघड जाते मला.. इंटरमिजियेट चित्रकला स्पर्धेतली सिमेट्रीच आठवते नेहेमी.. सुझी म्हणजे मला नेहेमी माझा चेहरा चारही दिशांना प्रचंड ताणला जाउन वरुन्-खालुन-डावी-उजवी कडून तसाच दिसतो असेच वाटते नेहेमी. Happy

                                                                        मी कुठेतरी वाचल होते की ह्या प्रयोगात black hole तयार होतील आणी 'हिग्सचे फील्ड' च्या सिध्दांतानुसार लगेच विरुन जातिल ते कसे?

                                                                        स्लार्टी, अतिशय सुंदर उपक्रम....
                                                                        निव्वळ उत्सुकतेपोटी मी गेल्या आठवड्यात बरीच आंतरजालीय पाने चाळली पण इथे तुम्ही जस सोप्प करुन सांगताय त्याला तोडच नाही!

                                                                        >'साखर किती आणली ?' याचे उत्तर '१५ रुपयांची' असे दिले... प्रश्नकर्त्याला साखरेचा भाव माहिती असेल तर त्याला आणलेल्या साखरेचे वस्तुमान कळेल.

                                                                        >हिग्स फिल्ड हे एक चॉकलेट आहे आणि कण ते 'खात' आहेत.
                                                                        वा ! किती सोप्या भाषेत संकल्पना समजावून सांगताय? आणि मायबोलीसाठी एकदम वेगळ्या विषयावर. धन्यवाद. अजून वाचायला आवडेल.

                                                                        एकच सुचवावसं वाटतं. जालावर वाचताना एका ठराविक लांबीच्यापुढे पान गेलं कि ते वाचायचा कंटाळा येतो (लेखन कितिही चांगलं असलं तरी. ) आणि जितका विषय समजायला अवघड तशी लांबीची मर्यादा कमी. तुम्हाला पटत असेल तर याच पानावर पुढे लिहिण्यापेक्षा, दुसर्‍या पानावर पुढे चालू केले तर जास्त आवडेल.

                                                                        >विश्वाचा ७३% भाग हा कृष्णऊर्जेने (dark energy) आणि २३% भाग हा आपल्याला अदृष्य अशा कृष्णपदार्थाने (dark matter) बनला आहे.

                                                                        आणि
                                                                        >विकण हेसुद्धा नैसर्गिकरित्या तयार होत असतील तर विश्वात त्यांचे अस्तित्व इतके कमी कसे काय ?

                                                                        हि दोन विधाने परस्परविरोधी नाहित का? का Antimatter आणि Dark matter या दोघांचा काही संबंध नाही आणि त्या पूर्ण वेगळ्या संकल्पना आहेत?

                                                                        स्लार्टी, चांगला उपक्रम सुरु केला आहेस.
                                                                        त्यांच्या कंप्युटींग बद्दल देखिल सांगणार आहेस का?
                                                                        आयन मध्ये ईलेक्ट्रोन देखिल असु शकतात उदा. Na-
                                                                        --------------------------------------------------------------
                                                                        ... वेद यदि वा न वेद

                                                                        स्लार्टी, अतिशय रोचक आणि सरळ - सोप्या भाषेत लिहीत आहेस. अतिशय स्तुत्य असाच हा उपक्रम आहे.

                                                                        सर्वांना धन्यवाद Happy
                                                                        आशिष, भलतीच चूक झाली लिहिण्याच्या नादात... दुरुस्तीबद्दल धन्यवाद. computing बद्दल तर सांगितलेच पाहिजे Happy

                                                                          ***
                                                                          Has the LHC destroyed the world yet?
                                                                          (If you are not satisfied, please check out the source code.)
                                                                          LHC : एक मार्गदर्शिका

                                                                          आजपर्यंत काहीच शिकलो नाही असं वाटायला लागलंय Uhoh
                                                                          नेटवर नुसतं इकडुन तिकडे तिकडुन इकडे .. कुठुन सुरु केलं कशासाठी सुरु केलं... आता रोज २ ओळी वाचणार फक्त

                                                                          स्लार्टी तुला साष्टांग दंडवत.. ही क्लिष्ट माहिती इतकी सोपी करुन लिहितो आहेस आणि ते सुद्धा जास्तीत जास्त मराठि शब्द वापरुन.. सुरेखच..

                                                                          >>>>
                                                                          विश्वनिर्मितीच्या वेळी विश्वातील पदार्थाचे स्वरूप काय होते हे प्रत्यक्ष प्रयोगाद्वारे समजून घेणे हे LHC चे एक मुख्य उद्दिष्ट आहे.
                                                                          >>>>
                                                                          'विश्वनिर्मितीच्या वेळी' असे म्हणण्यापेक्षा 'विश्वनिर्मिती नंतर लगेचच्या काही नॅनो*नॅनो*नॅनो (ten raise to -30 वगैरेचे शास्त्रीय युनिट ऑफ मेशर आता आठवत नाहिये Sad )सेकंदांपर्यंत विश्वातील पदार्थाचे काय स्वरुप होते असे योग्य ठरेल, नाही का? ह्याचाच अर्थ माझ्या अल्पमतीनुसार बिग बँग पासून लिथिअम वगैरे तयार होइपर्यंतच्या काळात काय होते असा लागत आहे. बरोबर आहे का?

                                                                          >>>
                                                                          आयन मध्ये ईलेक्ट्रोन देखिल असु शकतात उदा. Na-
                                                                          >>>
                                                                          आस्श्चिगने हे लिहिल्यावर मी परत एकदा आंतरजालावर जाउन आयनची माहिती वाचली. आजकाल बेसिक मध्ये पण राडा व्हायला लागला आहे डोक्याचा. (इन्वेंटरी, प्रॉडक्शन प्लॅनिंग असल्या गोष्टी करताना डोक्याला किती गंज चढला आहे ते पण एकदा स्पष्ट झाले Sad )

                                                                          स्लार्टी तुला साष्टांग दंडवत.. ही क्लिष्ट माहिती इतकी सोपी करुन लिहितो आहेस आणि ते सुद्धा जास्तीत जास्त मराठि शब्द वापरुन.. सुरेखच..>>>>>>>.
                                                                          अगदी हेच म्हणतो Happy
                                                                          च्यामारी त्या दिवसाच्या आदल्या दिवशीपर्यंत काहीच माहीत नव्हत. आणि माहीत करायला म्हणुन टीव्ही लावला तर तर न्युज चॅनेलवाले त्यांच्या नेहमीच्या ष्टायलीत कोणी 'कुत्र चावल्यासारख' दुनिया बुडणार तर कोणी हा प्रयोग धोकादायक नाही अशी वटवट करत होते. एकाने देखील नीटशी माहीती दिली नव्हती.
                                                                          तु खुपच छान लिहिल आहेस. समजेल अस.
                                                                          हा प्रयोग १५ वर्षे का सुरु ठेवावा लागणार आहे?
                                                                          प्रकाशाच्या वेगाइतकाच (९९.९९९९९%) हा वेग मिळवण्यासाठी कोणत तत्व वापरतात?? म्हणजे पॉजिटिव्ह आयन्स ना आकर्षित करण्यासाठी निगेटिव्ह प्रभार अस का??
                                                                          पण मग ते वर्तुळाकार फिरत कसे ठेवणार??
                                                                          बाय द वे तु त्वरण (accleration) बद्दल लिहिल आहे की गतीचा मार्ग बदलला तरी त्वरण होते्ए तेच angular accelaetion का??
                                                                          अजुन एक शंका. दोन्ही कण धन प्रभारीत असताना त्यांची टक्कर घडवण्यासाठी ते जवळ आले पाहिजेत. मग ते दोन्ही एकमेकाना दुर ढकलण्याचा प्रयत्न करतीलच ना?? (दोन्ही पॉजिटिव असल्याने)
                                                                          असो.
                                                                          पुढील लेख लिहि नक्की. Happy

                                                                          .............................................................
                                                                          Marriage is a relationship in which one person is always right and the other is husband! Sad Proud

                                                                          बाय द वे तु त्वरण (accleration) बद्दल लिहिल आहे की गतीचा मार्ग बदलला तरी त्वरण होते्ए तेच angular accelaetion का??
                                                                          >>>>
                                                                          नुसतं गतीचा मार्ग बदलला तरी त्वरण होतेच ना.. कारण त्वरण हे वेक्टर आहे तर गती स्केलर.. जर अँग्युलर वेलॉसिटी ही बदलत असेल तर ते अँग्युलर ऍक्सलरेशन होईल..

                                                                          टण्या, वर चित्रात दाखवल्याप्रमाणे, बॅंग झाल्यावर १०^-२५ सेकंदानंतरची परिस्थिती निर्माण होईल...त्या क्षणाला काय आहे आणि नंतर पुढे काय होत आहे याचा अभ्यास केला जाईल. एका सेकंदाचा (१०^-२५)वा भाग म्हणजे ०.१ योक्टोसेकंद. हे लिहिण्यापेक्षा ढोबळपणे विश्वनिर्मितीची वेळ असे लिहिले Happy पण ते अर्थात तू म्हणतोस तसे अगदी अचूक नाही.
                                                                          झकास, तू विचारलेल्या बहुतेक प्रश्नांची उत्तरे आपण बघणार आहोत Happy तुझ्या प्रोटॉन-प्रोटॉन प्रतिबाधनाच्या (repulsion) मुद्द्याविषयी - जर कणांमध्ये पुरेशी ऊर्जा असेल तर ते या repulsion ला भीक घालत नाहीत Happy इथे त्या कणांचा वेग प्रचंड आहे, त्यामुळे त्यांची ऊर्जाही चिक्कार आहे... ही इतकी आहे की तिच्या बळावर repulsion ला न जुमानता ते धडकतात. असे बघ, प्रतिबाधन म्हणजे एक अंत नसलेला निमुळता डोंगर आहे, म्हणजे तो निमुळता आहे पण त्याचे शिखर अनंतात आहे... दोन कण या डोंगराच्या विरूद्ध बाजूंनी चढत आहेत, त्यांचा विचार एकमेकांना भेटण्याचा आहे... आता या डोंगराचा चढ सगळीकडे सारखा नाही... सुरुवातीला (जेव्हा कण नुकतेच चढू लागतात) हा चढ तीव्र नसतो, जसेजसे कण वर जाऊ लागतात चढ तीव्र होत जातो, डोंगर जास्त जास्त निमुळता होत जातो (कणांमधले अंतर कमी होते), ही चढाची तीव्रताही कायम नाही बरे, तीसुद्धा वाढती आहे... आता सामान्य कण थकून जातात पण हे दोन्ही कण त्यांच्यातल्या प्रचंड ऊर्जेमुळे हा चढ चढतच राहतात... कण अंगातल्या प्रचंड ऊर्जेमुळे चढत राहतात, डोंगर निमुळता होत राहतो, त्या दोघांतले अंतर कमी होत राहते... एक वेळ अशी येते डोंगर खूपच निमुळता होतो आणि अंतर खूप्खूप्खूप कमी होते... इतके कमी की त्या दोन कणांमध्ये असलेले क्वॉर्क एकमेकांशी 'बोलू' शकतात... कसे बोलतात ? अर्थातच, डिंकणांच्या द्वारे (gluons)... म्हणजेच एका कणाचा डिंकण दुसर्‍या कणापाशी जाऊ शकतो... मग झाले की ! यापुढे ते कण डोंगर चढत बसत नाहीत, ते सरळ त्या निमुळत्या डोंगरात डिंकणांच्या मदतीने बोगदाच खणतात आणि कडकडून 'भेटतात' Happy थोडक्यात, डिंकण ज्याचे वाहक आहेत तो strong force विश्वातले सर्वात शक्तिशाली बल आहे आणि ते आकर्षण करणारे बल आहे ! पण ते बल फार्फार्फार्फार थोड्या अंतरापुरतेच काम करते (४ बलांपैकी सर्वात कमी अंतर)... ते बल २ कणांमध्ये कार्यान्वित व्हायला ते कण फार्फार्फाफार जवळ यावे लागतात...पण एकदा तितके जवळ आले तर जगातली कुठलीच शक्ती, अगदी कुठलीच शक्ती त्या दोन कणांना एकमेकांपासून दूर ठेऊ शकत नाही.

                                                                            ***
                                                                            Has the LHC destroyed the world yet?
                                                                            (If you are not satisfied, please check out the source code.)
                                                                            LHC : एक मार्गदर्शिका

                                                                            डासांच्या उर्जेप्रमाणेच अजुन एक उदाहरणः मानवाने विश्वातील शक्तिमान रेडीओ स्त्रोतांचा अभ्यास सुरु केल्यापासुन सर्व रेडीओ दुर्बीणींनी आतापर्यंत गोळा केलेली उर्जा (सुर्यमलेबाहेरील) ही एखाद्या हिमकणाच्या पृथ्वीवर आपटण्याच्या उर्जेइतकी आहे. (कार्ल सगान, कौसमौस)
                                                                            --------------------------------------------------------------
                                                                            ... वेद यदि वा न वेद

                                                                            आत्ताच बघितला लेख
                                                                            सगळा वाचायचा आहे अजुन पण खुप माहिती अस दिसतय
                                                                            वाचल्यावर बाकि बोलू
                                                                            धन्यवाद

                                                                            गणु ९३८३

                                                                            स्ट्रिंग थेओरी बद्दल कोणाला काही माहित आहे का ?

                                                                            अतिशय उपयुक्त लेख होता खुप काहि शीकायला मिलाल

                                                                            हे पुन्हा नवीन मध्ये कसे आले? तारीख कोणतीच बदललेली दिसत नाही. हो, LHC tests मात्र सुरु झाल्या आहेत.

                                                                            http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2009/PR17.09E.html

                                                                            LHC is back!
                                                                            Is slarti back fast?