নিউট্রিনো জ্যোতির্বিদ্যা— ফ্রান্সিস হালজেন ২০২৬

এই জগতের অস্তিত্ব দাঁড়িয়ে আছে কতগুলো তরঙ্গময় কণার ওপর ভিত্তি করে। এগুলোর নাম কোয়ান্টাম কণা। এদের মধ্যে সবচেয়ে পরিচিত নাম ইলেকট্রন ও ফোটন। ইলেকট্রন প্রবাহ আমাদের দৈনন্দিন ব্যবহৃত বিদ্যুৎ এবং ফোটন হলো আলোর কণা। কিন্তু এদের বাইরেও বিভিন্ন প্রকারের কোয়ান্টাম কণার অস্তিত্ব রয়েছে— যেমন, ভরবাহী ফারমিয়ন ও বলবাহী বোসন। এগুলো হলো মহাবিশ্বে আমাদের জানা মতে প্রাথমিক কণা। তবে এদেরকে কেবল কণা না বলে, তরঙ্গ-কণা বলাই উত্তম; কারণ এরা একই সাথে কণা ও তরঙ্গ হিসেবে আচরণ করে। এই কোয়ান্টাম কণাদের মধ্যে একটি অনন্য কণার নাম নিউট্রিনো, যাকে রহস্যময় আচরণের কারণে ‘ভূতুড়ে কণা’ (Ghost Particle) বলা হয়। আজকের লেখা এই কণাদের নিয়েই। তবে তার আগে কোয়ান্টাম কণাদের যে একটি বিন্যাস আছে— প্রাথমিক কণাদের প্রমিত মডেল (Standard Model)— সে সম্পর্কে একটু প্রাথমিক ধারণা নিচে দেওয়া হলো।

কোয়ান্টাম কণাদের বিন্যাস

১) কোয়ার্ক (ভরবাহী ফারমিয়ন): আপ (Up), ডাউন (Down)— প্রথম প্রজন্ম; চার্ম (Charm). স্ট্রেঞ্জ (Strange)— দ্বিতীয় প্রজন্ম; টপ (Top), বটম (Bottom)— তৃতীয় প্রজন্ম।

২) লেপটন (ভরবাহী ফারমিয়ন): ইলেকট্রন ও ইলেকট্রন-নিউট্রিনো— প্রথম প্রজন্ম; মুয়ন ও মুয়ন-নিউট্রিনো— দ্বিতীয় প্রজন্ম; টাউ ও টাউ-নিউট্রিনো— তৃতীয় প্রজন্ম।

৩) বোসন (বলবাহী কণা): গ্লুয়ন, ফোটন, W⁺ ও W^– বোসন, Z বোসন এবং হিগস বোসন।

৪) কণা ও প্রতিকণা (Antiparticles): স্ট্যান্ডার্ড মডেল মূলত কণা ও প্রতিকণার একটি পূর্ণাঙ্গ রূপ প্রদর্শন করে। এখানে ছয়টি কোয়ার্ক ও তাদের প্রতিকোয়ার্ক (অ্যান্টিকোয়ার্ক) এবং ছয়টি লেপটন ও তাদের প্রতিলেপ্টন রয়েছে; যেমন: ইলেকট্রনের প্রতিকণার নাম পজিট্রন। তবে ফোটন এবং Z বোসনের মতো কণাগুলো নিজেরাই নিজেদের প্রতিকণা। আর W⁺ বোসনের প্রতিকণা হলো W^— বোসন।

৫) কোয়ান্টাম কণাদের বৈশিষ্ট্য: কণাদের জন্মগত বৈশিষ্ট্য হলো ভর, চার্জ ও স্পিন। তবে সব কণার ভর বা চার্জ সমান থাকে না, এমনকি কিছু কণার ভর ও চার্জ শূন্যও হতে পারে। হিগস বোসন ছাড়া অন্য সব কণারই স্পিন বৈশিষ্ট্য রয়েছে। বলবাহী বোসন কণাদের স্পিন পূর্ণ সংখ্যা (১) এবং ভরবাহী ফারমিয়ন কণাদের স্পিন

উল্লেখিত কোয়ান্টাম কণাদের সৃষ্টি হয়েছে বিগ ব্যাং-এর মাত্র এক সেকেন্ডের কোটি ভাগের এক ভাগ পর। তখন সমস্ত কণা মূলত শক্তি হিসেবে বিরাজ করছিল, যে অবস্থাকে ইলেক্ট্রোউইক প্রতিসাম্য (Electroweak Symmetry) বলে। অতঃপর হিগস বোসনের সহসা উদ্ভব হলে কিছু কিছু কণা ভর লাভ করে এবং ইলেক্ট্রোউইক প্রতিসাম্য ভেঙে যায়।

এআই কোম্পানিগুলো ‘পরবর্তী দিন’-এর পরিকল্পনা করছে

মহাবিশ্ব, আলো ও নিউট্রিনো

আমরা মহাবিশ্বের যেকোনও উৎসের সন্ধানের জন্য প্রধানত আলোকে ব্যবহার করি। কিন্তু মহাবিশ্বের অনেক গুরুত্বপূর্ণ ঘটনা এমন সব অঞ্চলে ঘটে, যেখান থেকে আলো সহজে বেরিয়ে আসতে পারে না। সেখানে নিউট্রিনো আমাদের জন্য এক বিশেষ দূত। এই অতিক্ষুদ্র, বৈদ্যুতিকভাবে নিরপেক্ষ বা চার্জহীন কণাগুলো পদার্থের সঙ্গে অত্যন্ত দুর্বলভাবে মিথস্ক্রিয়া করে; ফলে মহাবিশ্বের গভীর অঞ্চল থেকে প্রায় বাধাহীনভাবে আমাদের কাছে পৌঁছাতে পারে। এই কারণেই নিউট্রিনো পর্যবেক্ষণ জ্যোতির্বিজ্ঞানের একটি নতুন দিগন্ত উন্মোচন করেছে।

নিউট্রিনো কী?

নিউট্রিনো হলো এমন এক ধরণের মৌলিক কণা, যাদের কোনও বৈদ্যুতিক চার্জ নেই এবং ভর অত্যন্ত ক্ষুদ্র। এরা মহাবিশ্বের নানা উচ্চ-শক্তির প্রক্রিয়ায় তৈরি হয়। সাধারণ আলোর তুলনায় নিউট্রিনোর একটি বড় সুবিধা হলো, এরা পদার্থের সঙ্গে খুব কমই মিথস্ক্রিয়া করে। তাই কোনও নক্ষত্র, গ্যালাক্সির কেন্দ্র কিংবা অন্য কোনও মহাজাগতিক উৎসের ভেতর থেকে উৎপন্ন হলেও, সেই উৎসের ঘন পরিবেশের মধ্য দিয়ে নিউট্রিনো অনেকটা বাধাহীনভাবে বেরিয়ে আসতে পারে।

অ্যান্টার্কটিক বরফের নিচে বিশাল নিউট্রিনো টেলিস্কোপ

এই দুর্লভ কণাগুলো শনাক্ত করার জন্য অ্যান্টার্কটিকার বরফের প্রায় ১.৫ মাইল বা ২.৫ কিলোমিটার গভীরে ‘আইসকিউব নিউট্রিনো অবজারভেটরি’ (IceCube Neutrino Observatory) নির্মাণ করা হয়েছে। এর ৮৬টি উল্লম্ব স্ট্রিঙে মোট ৫,১৬০টি আলোক-সংবেদী ডিটেক্টর বা ডিজিটাল অপটিক্যাল মডিউল (DOM) বসানো আছে। পুরো ব্যবস্থাটি যেন বরফের মধ্যে তৈরি একটি বিশাল টেলিস্কোপ, যা আলো নয়, বরং নিউট্রিনো শনাক্ত করে।

নিউট্রিনো কীভাবে ধরা পড়ে?

নিউট্রিনো সরাসরি আলো তৈরি করে না। বরফের কোনও পরমাণুর নিউক্লিয়াসের সঙ্গে নিউট্রিনোর বিরল মিথস্ক্রিয়া ঘটলে একটি চার্জযুক্ত কণা— যেমন মিউঅন— উৎপন্ন হতে পারে। সেই দ্রুতগতির চার্জযুক্ত কণা বরফের মধ্য দিয়ে চলার সময় ‘চেরেঙ্কভ রেডিয়েশন’ (Cherenkov radiation) নামে এক ধরনের ক্ষীণ নীলচে আলো সৃষ্টি করে। IceCube-এর হাজার হাজার DOM সেই আলোর ঝলক শনাক্ত করে। এই আলো কখন, কোথায় এবং কোন কোন ডিটেক্টরে পৌঁছেছে— এসব তথ্য বিশ্লেষণ করে বিজ্ঞানীরা বোঝার চেষ্টা করেন নিউট্রিনোটি কোন দিক থেকে এসেছে এবং তার শক্তি কত ছিল। অধিকাংশ শনাক্তকৃত নিউট্রিনো পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলে মহাজাগতিক রশ্মির সংঘর্ষে তৈরি হয়। কিন্তু অতি অল্পসংখ্যক উচ্চ-শক্তির নিউট্রিনো আসে দূরবর্তী মহাজাগতিক উৎস থেকে। জ্যোতির্বিজ্ঞানের জন্য সেই অল্পসংখ্যক নিউট্রিনোই বিশেষ গুরুত্বপূর্ণ।

অ্যান্টার্কটিকায় কেন?

নিউট্রিনো শনাক্ত করার জন্য বিশুদ্ধ ও স্বচ্ছ বরফ অত্যন্ত উপযোগী। অ্যান্টার্কটিকার গভীর বরফের নিচে আলো তুলনামূলকভাবে অনেক দূর যেতে পারে, ফলে চেরেঙ্কভ আলোর ক্ষীণ ঝলকও ডিটেক্টরগুলোতে ধরা সম্ভব হয়। বরফের বিশাল আয়তন আবার অত্যন্ত বিরল নিউট্রিনো-মিথস্ক্রিয়া ঘটার সম্ভাবনাও বাড়িয়ে দেয়।

নিউট্রিনো আমাদের কী জানায়?

উচ্চ-শক্তির মহাজাগতিক নিউট্রিনো সাধারণত অত্যন্ত শক্তিশালী জ্যোতির্পদার্থবৈজ্ঞানিক পরিবেশে তৈরি হয়। সক্রিয় গ্যালাক্সির কেন্দ্র, ব্লাজার, কোয়েজার কিংবা অন্যান্য উচ্চ-শক্তির মহাজাগতিক প্রক্রিয়াগুলো এমন নিউট্রিনোর সম্ভাব্য উৎস। নিউট্রিনো সরাসরি উৎসের ভেতর থেকে বেরিয়ে আসতে পারায়, আলো দিয়ে যা দেখা অসম্ভব— নিউট্রিনো দিয়ে তার গোপন তথ্য পাওয়া সম্ভব হয়।

TXS 0506+056: প্রথম শক্তিশালী উৎস–সংযোগ

২০১৩-সালেই IceCube মহাজাগতিক উৎস থেকে আসা উচ্চ-শক্তির নিউট্রিনোর একটি শক্তিশালী প্রমাণ পায়। তবে ২০১৭ সালে শনাক্ত একটি উচ্চ-শক্তির নিউট্রিনো— IceCube-170922A— এর দিকের সঙ্গে TXS 0506+056 নামের একটি সক্রিয় গ্যালাকটিক নিউক্লিয়াস বা ব্লাজারের অবস্থানের নিখুঁত মিল পাওয়া যায়। সেই উৎস থেকে একই সাথে গামা রশ্মিও শনাক্ত হয়েছিল। এই ঘটনাটি নিউট্রিনো জ্যোতির্বিজ্ঞানে একটি গুরুত্বপূর্ণ মাইলফলক, কারণ প্রথমবারের মতো একটি নির্দিষ্ট জ্যোতির্বৈজ্ঞানিক উৎসের সঙ্গে উচ্চ-শক্তির নিউট্রিনোর প্রত্যক্ষ সম্পর্ক প্রমাণিত হয়।

NGC 1068: ধুলোর আড়ালের মহাজাগতিক কেন্দ্র

পরবর্তী সময়ে IceCube আরও একটি গুরুত্বপূর্ণ উৎসের সন্ধান পায়— NGC 1068, যা M77 নামেও পরিচিত। এটি পৃথিবী থেকে প্রায় ৪৭ মিলিয়ন আলোকবর্ষ দূরে অবস্থিত একটি সক্রিয় গ্যালাক্সি। এর কেন্দ্রীয় অঞ্চল প্রচুর ধুলো ও ঘন পদার্থে আবৃত থাকায় সেখান থেকে আসা উচ্চ-শক্তির আলো আমাদের কাছে সহজে পৌঁছাতে পারে না। কিন্তু নিউট্রিনো সেই ঘন অঞ্চল ভেদ করে অনায়াসে বেরিয়ে আসতে পারে। IceCube-এর পর্যবেক্ষণে NGC 1068-এর দিক থেকে প্রায় ৮০টি উচ্চ-শক্তির নিউট্রিনো-ইভেন্টের একটি অতিরিক্ত সংকেত পাওয়া যায়।

এর ফলে বিজ্ঞানীরা গ্যালাক্সিটির কেন্দ্রীয় অঞ্চলে কী ধরনের উচ্চ-শক্তির প্রক্রিয়া চলছে, সে সম্পর্কে নতুন তথ্য পাওয়ার সুযোগ পেয়েছেন। আলো, মহাজাগতিক রশ্মি এবং নিউট্রিনো— এই তিন ধরনের দূতকে একসঙ্গে ব্যবহার করলে মহাবিশ্বের একই ঘটনাকে বিভিন্ন কোণ থেকে সম্পূর্ণভাবে বোঝা সম্ভব হয়।

২০২৬ সালের পদার্থবিজ্ঞানের নোবেল পুরস্কার— নিউট্রিনো জ্যোতির্বিজ্ঞানের স্বীকৃতি

নিউট্রিনো জ্যোতির্বিজ্ঞানের গুরুত্বের একটি অসাধারণ স্বীকৃতি এসেছে ২০২৬ সালের পদার্থবিজ্ঞানের নোবেল পুরস্কারের মাধ্যমে। রয়্যাল সুইডিশ একাডেমি অব সায়েন্সেস ২০২৬ সালের পদার্থবিজ্ঞানের নোবেল পুরস্কার দিয়েছে ফ্রান্সিস হালজেনকে— IceCube Neutrino Observatory-তে তাঁর নির্ণায়ক অবদান এবং মহাজাগতিক উৎস থেকে আসা উচ্চ-শক্তির নিউট্রিনো আবিষ্কারের জন্য। হালজেনের মূল বৈপ্লবিক ধারণাটি ছিল— দক্ষিণ মেরুর বিশাল, স্বচ্ছ বরফকে একটি প্রাকৃতিক নিউট্রিনো ডিটেক্টর হিসেবে ব্যবহার করা যায়। বহু বছরের প্রচেষ্টা ও আন্তর্জাতিক সহযোগিতার মাধ্যমে সেই ধারণা বাস্তব রূপ পায় IceCube-এ। এর মাধ্যমে দূর মহাবিশ্বের অত্যন্ত শক্তিশালী প্রক্রিয়া থেকে আসা নিউট্রিনো শনাক্ত করা সম্ভব হয়েছে। এই নোবেল স্বীকৃতি দেখিয়ে দিল যে নিউট্রিনো এখন শুধু কণা-পদার্থবিজ্ঞানের গবেষণার বিষয় নয়; এটি মহাবিশ্বকে পর্যবেক্ষণের একটি স্বতন্ত্র ও শক্তিশালী জ্যোতির্বৈজ্ঞানিক মাধ্যম।

বিভিন্ন সময় পাওয়া নিউট্রিনোর সঙ্কেত

এখানে একটি বিষয় বিশেষভাবে লক্ষণীয়। ২০১৩ সালে IceCube মহাজাগতিক উচ্চ-শক্তির নিউট্রিনোর প্রমাণ পাওয়ার পর, ২২ সেপ্টেম্বর ২০১৭ সালে TXS 0506+056-এর সঙ্গে একটি শক্তিশালী উৎস-সংযোগ এবং পরে NGC 1068-এর মতো উৎস শনাক্তকরণ নিউট্রিনো জ্যোতির্বিদ্যাকে আরও সুদৃঢ় করেছে। ২০১৮ সালের জুলাই মাসে *Science* জার্নালে এই ঘটনাকে নিয়ে দুটি গুরুত্বপূর্ণ গবেষণাপত্র প্রকাশিত হয়। তখনই TXS 0506+056-কে উচ্চ-শক্তির নিউট্রিনোর প্রথম পরিচিত জ্যোতির্বৈজ্ঞানিক উৎস হিসেবে ব্যাপকভাবে প্রতিষ্ঠা করা হয়। আরও চমকপ্রদ ঘটনা হলো, ২০১৮ সালে আইসকিউবের পুরানো ডাটা ঘেঁটে দেখা যায় যে, ২০১৪-২০১৫ সালেও TXS 0506+056-এর দিক থেকে অতিরিক্ত নিউট্রিনোর একটি বিস্ফোরণ (Burst) ঘটেছিল। অবশেষে ২০২৬ সালের নোবেল পুরস্কার সেই দীর্ঘ বৈজ্ঞানিক যাত্রারই একটি ঐতিহাসিক স্বীকৃতি।

ফ্রান্সিস হালজেন ও আইসকিউব নিউট্রিনো অবজারভেটরি

ফ্রান্সিস হালজেন হলেন একজন বিশ্বখ্যাত বেলজীয়-মার্কিন কণা পদার্থবিজ্ঞানী (Particle Physicist) এবং জ্যোতির্বিজ্ঞানী। তিনি দক্ষিণ মেরুতে স্থাপিত পৃথিবীর বৃহত্তম নিউট্রিনো ডিটেক্টর ‘IceCube Neutrino Observatory’-এর প্রধান গবেষক ও স্বপ্নদ্রষ্টা। আইসকিউব প্রজেক্টে অসামান্য অবদান এবং মহাজাগতিক উৎস থেকে আসা উচ্চ-শক্তির নিউট্রিনো কণা (Ghost Particle) আবিষ্কারের জন্য তিনি ২০২৬ সালের পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার লাভ করেন।

নিউট্রিনো— মহাবিশ্বের নতুন দূত

জ্যোতির্বিজ্ঞানের ইতিহাসে প্রতিবার নতুন কোনও ধরনের মহাজাগতিক দূত আবিষ্কৃত হওয়ার সঙ্গে সঙ্গে মহাবিশ্ব সম্পর্কে আমাদের জ্ঞানও বহুগুণ প্রসারিত হয়েছে। প্রথমে দৃশ্যমান আলো, পরে রেডিও, এক্স-রে ও গামা রশ্মি— আর এখন তার সঙ্গে যুক্ত হয়েছে নিউট্রিনো। নিউট্রিনো জ্যোতির্বিদ্যা তাই কেবল নতুন একটি কণা শনাক্ত করার প্রযুক্তি নয়; বরং এটি মহাবিশ্বের এমন সব গভীর ও অদৃশ্য অঞ্চলের খবর পাওয়ার নতুন পথ, যেখানে প্রচলিত আলো পৌঁছাতে সম্পূর্ণ ব্যর্থ। ২০২৬ সালের নোবেল পুরস্কার এই নতুন জানালার বৈজ্ঞানিক গুরুত্বকে বিশ্বদরবারে আরও স্পষ্ট করে দিল।