விஞ்ஞான முட்டி மோதல் – பகுதி 8

இதுவரை பின்னணியாக அணு சம்பந்தப்பட்ட பல விஷயங்களை அலசினோம். இந்தப் பகுதியில் LHC –ஐப் பற்றி விரிவாகப் பார்ப்போம். அதற்கு முன், பொதுவாக அணுத்துகள் வேகப்படுத்தும் எந்திரங்கள் பற்றி ஒரு விஷயம் அறிந்து கொண்டு ஆரம்பிப்பது நல்லது. பொதுவாக, எல்லா அணுத் துகள் வேகப்படுத்தும் எந்திரங்களும் ஒன்றல்ல. இல்லயேல் உலகில் 1,000 எந்திரங்கள் இருக்காது. இவற்றின் குறிக்கோள் மற்றும் சக்தி வேறுபட்டது. மோட்டார் வாகனத் தொழிலில் பல விஷயங்கள் இருப்பதைப் போன்றது இந்த விஷயமும். லாரி, கார், மோட்டார் சைக்கிள் எல்லாமே மோட்டார் வாகனத் தொழில்தான். இப்படி மூன்று வகைகளைச் சொன்னவுடன் உடனே நமக்குத் தோன்றுவது என்ன? இரு பயணிகளின் போக்குவரத்துத் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்வது மோட்டார் சைக்கிள், ஐந்து பயணிகளின் போக்குவரத்துத் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்வது கார், சரக்கு போக்குவரத்துத் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்வது லாரி என்று உடனே நமக்கு தோன்றுகிறது அல்லவா? ஒவ்வொரு வகையிலும் பல பிராண்டுகள் இருக்கின்றன. அதைப் போலத்தான் அணுத்துகள் வேகப்படுத்தும் எந்திரங்களில் பல வகைகள் இருப்பதும். .

இவற்றில் இதோ சில வகைகள்:

 

part8-image11

1.சைக்லோட்ரான் (Cyclotron) – இவற்றை ஒரு ஆய்வுக்கூடத்தில் அடக்கி விடலாம். இவற்றைப் பற்றி ஏற்கனவே அலசினோம். ஓரளவிற்கு உயர்ந்த மின்னழுத்தத்தில் பல்வேறு அணு மருத்துவ ஆராய்ச்சிகளுக்கு உபயோகப்படுத்தப்படுகின்றன. பல சர்வகலாசாலைகளிலும் உள்ள எந்திரம். இந்தியாவிலும் உண்டு. வட்டப் பாதையில் காந்தங்கள் மூலம் அணுக்களை வேகப்படுத்தும் எந்திரம். 200 MeV –க்கு குறைந்த சக்தி வாய்ந்தவை.

 

part8-image2

2.ஸிங்க்ரோட்ரான் (Synchrotron) – இவை சைக்லோட்ரானின் அடுத்த கட்டம். இவற்றில் மாறும் அதிர்வெண்ணில் (variable frequency) அமைக்கப்பட்ட மின்காந்த மண்டலம் (electro-magnetic field) மூலம் அணுக்களுக்கு அதிக சக்தியூட்டி உந்தும் எந்திரம். பல புது அணுத்துகள்களைக் கண்டுபிடிக்க உதவிய எந்திரம் இது. இந்த வகை எந்திரங்கள் பொதுவாக ப்ரோட்டான் மற்றும் அயனிகளை (ions) வேகப்படுத்தும் எந்திரம். CERN –ல், இன்றும் இவ்வகை எந்திரங்கள் உண்டு. LHC –ன் ஆரம்ப கட்டங்களில் ஏராளமான சக்தியில் (480 GeV) உந்திவிடும் சூபர் ப்ரோடான் ஸிங்க்ரோட்ரான் (Super Proton Synchrotron) இவ்வகை எந்திரம்தான். இவையும் வட்ட வடிவத்தில் அமைந்தவை. ஏறத்தாழ 7 கி.மீ. நீளமுடைய இது பூமிக்கு அடியில் சுரங்கத்தில் நிறுவப் பட்டுள்ளது.

 

part8-image3

3.நிலைத்த இலக்கு அணுத்துகள் வேகப்படுத்தும் எந்திரங்கள் (Fixed target accelerators) – இவை பல்வேறு வகை அணு ஆராய்ச்சிகளுக்கும் உதவும் எந்திரங்கள். புதிய மூலப்பொருள்கள், மற்றும் அணுமருத்துவ ஆராய்ச்சிகளுக்கு உபயோகப்படுத்தப்படுபவை, இவற்றில் முக்கியமான ஒரு வகை லினேக் (LINAC ) என்ற நீள வடிவ எலெக்ட்ரான் வேகப்படுத்தும் (முன்னே நாம் விவரித்த SLAC இந்த வகை) எந்திரங்கள். இதுவரை நாம் பார்த்த எந்திரங்கள் எதிலும் மோதல்கள் ஏற்படுத்தப்படுவதில்லை.

4.எலெக்ட்ரான் – பாஸிட்ரான் மோதல் எந்திரங்கள் (Electron Positron Colliders) -அணுத்துகள்களை மோதச் செய்யும் எந்திரங்களில் இதுவும் ஒன்று. இவை பொதுவாக வட்ட வடிவில் அமைக்கப்பட்டவை. உதாரணத்திற்கு, LEP – Large Electron Positron Collider (104 GeV) என்ற எந்திரத்தை உருவாக்கவே ஜெனிவாவில் 27 கி.மீ. சுரங்கம் 1989 –ல் உருவாக்கப்பட்டது, இதே சுரங்கத்தில்தான் LEP -யுடன் இன்று LHC –ன் வளையமும் அமைந்துள்ளது.

 

 

part8-image41

part8-image5

5.ஹேட்ரான் மோதல் எந்திரங்கள் (Hadron Colliders) – அணுக்கருத் துகள்களான ப்ரோட்டான் மற்றும் நியூட்ரானை இரு கற்றைகளாய் உருவாக்கி பூமியின் அடியில் ஏராளமான சக்தியில் அவற்றை வளைய உருவான குழாயில் உந்திவிட்டு, பிறகு மோதச் செய்து, திறனுணர்த்திகளால் அணு இயற்கை ரகசியங்களை ஆராயும் எந்திரங்கள் இவை. பெரும்பாலும் ப்ரோட்டான் எந்திரங்கள் (ஹைட்ரஜனை பெரும்பாலும் ஆரம்ப மூலப்பொருளாக உபயோகிப்பதால், நியூட்ரான் கிடையாது). உலகில் CERN –ல் உள்ளது மட்டும் ஹேட்ரான் மோதல் எந்திரம் அல்ல. சிகாகோவிலஃபெர்மிலேபில் உள்ள டெவட்ரான் (Tevatron) ஒரு ஹேட்ரான் மோதல் எந்திரம் (6 கி.மீ. வளையம் – ஏறக்குறைய 1 TeV சக்தி). நியூயார்க், ப்ரூக்ஹேவன் ஆராய்ச்சிசாலையில் உள்ள RHIC ஒரு ஹேட்ரான் மோதல் எந்திரம் (3.8 கி.மீ. ஆறுகோண வளையம் – ஏறக்குறைய 250 GeV சக்தி). இன்று உலகில் மிகவும் பெரிய ஹேட்ரான் அணுத்துகள் மோதல் எந்திரம் LHC (27 கி.மீ. வளையம் – ஏறக்குறைய 7 TeV சக்தி). ஏன் இப்படி பெயர் வைத்தார்கள் என்று “ஜாக்பாட்” கேள்வியெல்லாம் கிடையாது.

http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_accelerators_in_particle_physics

அணுவின் ஆரம்பப் பயணத்தில் 7 TeV சக்தியை அதன்மேல் திணிக்க முடியாது. படிப்படியாகத்தான் சக்தியளவை உயர்த்த வேண்டும். ஆக, LHC இயங்கப் பல கட்டங்களில் வேறு அணுத்துகள் வேகப்படுத்தும் எந்திரங்கள் உதவ வேண்டும் என்பது தெளிவாகியிருக்க வேண்டும். அணுத்துகள் கற்றைகளின் கடைசிக் கட்டப் பயணம் 27 கி.மீ. நீளமுள்ள பாதாள வளையங்களுக்குள்ளே. மிகச் சக்தி வாய்ந்த அணுத்துகள் கற்றைகளை மேலும் வேகப்படுத்தும் எந்திரம் இந்த LHC. இரண்டு விஷயங்கள் இங்கு தெளிவுபடுத்தப்பட வேண்டும்:

1) அணுத்துகள் கற்றைகள் ஒளியின் வேகத்திற்கு (ஒரு நொடிக்கு 3 லட்சம் கி.மீ.) மிக அருகாமையில் பயணம் செய்கின்றன. இதனால் ப்ரோட்டான்களின் திணிவும் ஏராளமாகிவிடும். இவற்றை வேகப்படுத்துவது படிப்படியாகக் கடினமாகிக் கொண்டே வரும்.

2) அணுத்துகள் கற்றைகள் தொடர்ச்சியாக அனுப்பப்படுவதில்லை. இவை இடைவிட்டு, இடைவிட்டு அணுத்துகள் கற்றைகளாய் துல்லியமாய் செலுத்தப்படுகின்றன. கடைசியாக, அணுத்துகள் மோதல்கள் ராட்சச திறனுணர்த்திகளில் (particle detectors) நிகழ்கின்றன. மிகவும் சீரியஸாக இந்த எந்திரத்தைப் பற்றி ‘ராப்’ சங்கீதம் மூலம் விஞ்ஞானிகள் இங்கே விளக்குகிறார்கள்!

LHC –இன் குறிக்கோள், இரு ப்ரோட்டான் கற்றைகளை, எதிர் திசையில் ஏறத்தாழ ஒளியின் வேகத்தில் துல்லியமாக மோத வைக்க வேண்டும். தேவையான ப்ரோட்டான், ஹைட்ரஜன் வாயுவிலிருந்து எடுக்கப்படும். ஆக, மூலப் பொருள் அழுத்தமான ஹைட்ரஜன் வாயு.

1.முதல் கட்டமாக ஹைட்ரஜன் வாயுவிலிருந்து எலெக்ட்ரான்கள் நீக்கப்படும். இதைச் செய்வதற்கு CERN –இன் லினாக்கை உபயோகப்படுத்துகிறார்கள்.

2.அடுத்த கட்டமாக இந்தப் ப்ரோட்டான் அணுத்துகள் கற்றைகள் வேகப்படுத்தப்பட வேண்டும். இதற்காக CERN –ன் லினாக்-2 என்ற எந்திரம் உபயோகிக்கப்படுகிறது. இந்த கட்டத்தில், ஒளியின் 1/3 பங்கு வேகத்தில் இந்த அணுத்துகள்கள் பயணம் செய்கின்றன. இதை ஒரு ராக்கெட்டின் முதல் கட்ட எஞ்சின் போல எண்ணலாம்.

3.அடுத்தகட்டமாக, இந்தப் ப்ரோட்டான் அணுத்துகள் கற்றைகள், 4 வட்ட வடிவம் கொண்ட வளையங்களுக்கு எடுத்துச் செல்லப்படுகின்றன. இங்கு சக்தி வாய்ந்த மின் மற்றும் காந்த மண்டலங்கள் (electrical and magnetic fields) அணுத்துகள் கற்றைகளை வேகப்படுத்துவதுடன் வளையவும் (காந்த சக்தியினால்) செய்ய வைக்கின்றன. ஒளியின் வேகத்திற்கு ஏறக்குறைய 91% வேகத்தை ப்ரோட்டான்கள் அடைந்துவிடுகின்றன. ராக்கெட்டின் இரண்டாவது கட்டமாக இதை எண்ணலாம்.

4.அடுத்தபடியாக, இந்த அதிவேக ப்ரோட்டான்கள் CERN –ன் PS என்று அழைக்கப்படும் 50-வருட பழைய சின்கோட்ரானில் செலுத்தப்படுகின்றன. இந்த எந்திரத்தில், ப்ரோட்டான்கள் 26 GeV சக்திக்கு, பல காந்தங்கள் மற்றும் மின் மண்டலங்களால் மேலும் உந்திவிடப்படுகின்றன. இப்படி வேகப்படுத்தப்படும் ப்ரோட்டான்கள் ஒளியின் 99.9% வேகத்தை எட்டி விடுகின்றன. அதாவது, நொடிக்கு 299,700 கி.மீ. வேகம்! கூடவே, இந்த வேகத்தில் ப்ரோட்டான்கள் தங்களுடைய நிலையான எடையிலிருந்து 26 மடங்கு அதிகமாகி விடுகிறது. இதை, ஏதோ குழந்தைகளின் ஊஞ்சல் போல நினைக்க வேண்டாம் – சும்மா தள்ளி விட்டால் வேகப்படுத்த. ஊஞ்சல் கூட ஒரு அளவிற்கு மேல் வேகப்படுத்த முடியாது. முன் பகுதிகளில் இந்த துகள்கள் எவ்வளவு சன்னமானவை என்று சொல்லியிருந்தோம். சீராக, அத்துடன் வட்ட வடிவில் தோதாக வளையவிட்டு, பல கி.மீ. – களுக்கு, மேலும் வேகப்படுத்துவது என்பது மனிதனின் விஞ்ஞான மற்றும் தொழில்நுட்பத் திறனின் உச்சம் என்று சொல்ல்லாம்! இதை ராக்கெட்டின் மூன்றாவது கட்டமாக எண்ணலாம்.

5.அடுத்த கட்டமாக, இந்த அதிவேக ப்ரோட்டான்கள் CERN-ன் SPS (Super Proton Synchrotron) என்ற சின்கோட்ரானுக்கு அனுப்பப்படுகின்றது, இது 7 கி.மீ. நீளமுள்ள வளையம். இங்கு ப்ரோட்டான்கள் 450 GeV அளவு சக்திக்கு உந்தப்படுகின்றன. முன்னம் சொன்னது போல 450 மடங்கு அதிகம் எடை கொண்ட ப்ரோட்டான்களை வேகப்படுத்துவது என்பது சாதாரண விஷயமல்ல. இவற்றின் பாதையும் துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்தப்படுகின்றது. இதை ராக்கெட்டின் நான்காவது கட்டமாக எண்ணலாம். ஏராளமான சக்தி கொண்ட, பெருத்த ப்ரோட்டான்கள் தங்களுடைய கடைசி கட்டப் பயணத்திற்கு ரெடி.

6.கடைசிக் கட்டம் LHC என்ற 27 கி.மீ. நீளமுள்ள, பூமிக்கு 100 மீட்டர் கீழேயுள்ள வளைவான சுரங்கம். இதில் விசேஷங்கள் ஏராளம். முதலில், உள்ளே வரும் ப்ரோட்டான் கற்றைகளை இரண்டாகப் பிரித்து, இரண்டு வெற்றுக் குழாய்களில் எதிர் திசைகளில் துல்லியமாகச் செலுத்தப்படும் புதுமை. இதைவிட வெற்றான இடம் பிரபஞ்சத்திலேயே இல்லை. அத்துடன் இந்த குழாய்கள் -271.2 டிகிரி செல்சியஸில் பிரபஞ்சத்தின் மிகவும் குளிரான இடம். இரண்டாவதாக, அதே -270 டிகிரி வரை குளிர்விக்கப்பட்ட மிகுகடத்திகளால் செய்யப்பட்ட காந்தங்கள் (superconducting magnets) மிகவும் புத்திசாலித்தனமாக, எதிர் திசையில் பறக்கும் அணுத் துகள்களை தக்க திசையில் வேகப்படுத்தும் திறன் கொண்டவை. LHC –க்கு முன்னுள்ள கட்டங்கள், ஃபெர்மியின் டெவட்ரான் எந்திரத்தில் உருவாக்கக்கூடிய நிலைதான் (ஃபெர்மிலேபிலும், பல கட்டங்களைத் தாண்டிதான் அணுக்கற்றைகள் டெவட்ரானை அடைகின்றன). இத்தகைய குளிர் மற்றும் வெற்றுச் சூழல் எதற்காக? இது அணுத்துகள் ஆராய்ச்சியின் அடுத்த கட்டம். சில அணுத்துகள்கள் பிரபஞ்சத்தின் ஆரம்ப நிலைகளில் மட்டுமே உருவானவை என்று உறுதிப்படுத்தப்பட்டுள்ளது. LHC என்பது, இந்த ஆரம்ப நிலைகளை உருவாக்கும் முயற்சி.

7.இரு வெற்று குழாய்களும் இந்த 27 கி.மீ. தூரத்தில் 4 இடங்களில் மோத வழி செய்துள்ளார்கள். இந்த நான்கு இடங்களில் ராட்சச அணுத்துகள் திறனுணர்த்திகளை (particle detectors) நிறுவியுள்ளார்கள். அட்லாஸ் (Atlas), சி.எம்.எஸ். (CMS), ஆலிஸ் (ALICE), LHC-b என்ற நான்கு ராட்சச அணுத்துகள் திறனுணர்த்திகள் ஆராய்ச்சிக்கு மிக முக்கியமானவை. எந்த ஒரு மோதல் நிகழ்வையும் ஒரே ஒரு திறனுணர்த்தி மூலம் உறுதி செய்ய மாட்டார்கள். உலகின் ஏறத்தாழ 5,000 விஞ்ஞானிகள் ஒவ்வொரு திறனுணர்த்தியிலிருந்து கிடைக்கும் ஏராளமான டேடாவை கணினி வயல்களில் அலசி முடிவுகளை ஒப்புக் கொள்ள வேண்டும். அப்படி திறனுணர்த்தி விஞ்ஞானக் குழுக்கள் முடிவுகளை ஒப்புக் கொள்ளாவிட்டால், மீண்டும் பிள்ளையார் சுழியிலிருந்து சோதனைகள் ஆரம்பிக்கத் தயங்குவதில்லை.

8.ஏன், இப்படிச் செய்கிறார்கள்? இரு எதிர்க்கும் அணுத்துகள் கற்றைகளின் சக்தி, இரண்டு துகள்களின் தனித்தனி சக்தியின் கூட்டலாகும். இதனால், மோதல்களில் பிரபஞ்சத்திலேயே மிக அதிக வெப்பநிலையை உருவாக்க முடியும். மோதுவதற்கு முன் ஒவ்வொரு ப்ரோட்டானுக்கும் 7 TeV சக்தி, அதாவது 14 TeV சக்தியில் இந்த மோதல் ஏற்படுகிறது. அதாவது ஒவ்வொரு ப்ரோட்டானும் 7,000 முறை அதிகம் எடை கொண்டவை.

9.இந்த விளக்கம் மற்றும் விடியோவினால், இந்த முயற்சியின் ராட்சசத்தனம் அவ்வளவாக புரிந்திருக்காமல் கூடப் போயிருக்கலாம். ஏதோ விடியோ விளையாட்டு போல சிலருக்குப் படலாம். உதாரணத்திற்கு, நொடிக்கு 40 மில்லியன் ப்ரோட்டான்கள் LHC –ல் பறக்கிறது என்று வைத்துக் கொள்வோம். இதில் தலா, 25 மோதல்கள் நிகழ்கிறது என்று வைத்துக் கொள்வோம். அதாவது, 1 பில்லியன் (100 கோடி) அணுத்துகள் மோதல்கள் ஒரு நொடிக்குள் நடந்து முடிந்துவிடும். இதில் உருவாகும் தகவல் எவ்வளவு இருக்கும் என்று நினைக்கிறீர்கள்? இந்த பூமியில் உள்ள ஒவ்வொரு ஆண், பெண், குழந்தையும் 20 தொலைப்பேசிகளில் ஒரே சமயத்தில் பேசினால் எவ்வளவு தகவல் உருவாகுமோ அதற்கு நிகரானது இந்த ஒரு நொடி நிகழ்வு! விஞ்ஞானிகள் தேடும் முக்கிய அணுத்துகள் விஷயங்கள் 20 மில்லியன் மோதல்களில் ஒன்று என்று கணிக்கப்பட்டுள்ளது. கணினிகள் மோதலில் வரும் குப்பைகளைப் பிரிக்க உதவினாலும், இது மிக சிரம்மான விஞ்ஞான வேட்டை. எல்லா இடத்திலும் குப்பை கொட்டுவது என்ற ஒன்று இல்லாமலா போய்விடும்?

 

part8-mage610.இங்குள்ள திறனுணர்த்திகள் உலகின் மிகப் பெரிய திறனுணர்த்திகளில் அடங்கும். இத்தனை மோதும் சக்தியை தாங்கக் கூடிய திறம் கொண்டவை. இவற்றைப் பற்றி வள வள என்று எழுதுவதை விட, இதோ சில விடியோக்கள் உதவும்.

இதோ அட்லாஸ் திறனுணர்த்தியைப் பற்றிய ஒரு அருமையான விடியோ. இந்த விடியோவில் இதன் அளவு சரியாகப் புரிய வரும். அத்துடன், CERN எடுக்கும் பாதுகாப்பு முறைகளும் விளங்கும்…

சி.எம்.எஸ் என்ற CERN –னின் இன்னொரு ராட்ச்ச அணுத்துகள் திறனுணர்த்தியைப் பற்றிய இன்னொரு விடியோ இங்கே…

http://www.youtube.com/watch?v=5r6vyZ2bykg&playnext=1&list=PLB28A4AB25B433D50&feature=results_main

சொல்வனம் – ஜனவரி 2013

Advertisements

மறுமொழியொன்றை இடுங்கள்

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / மாற்று )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / மாற்று )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / மாற்று )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / மாற்று )

Connecting to %s