देव कणांचा सिद्धांत मांडणाऱ्या पीटर हिग्स यांनी विज्ञान क्षेत्र कसं बदललं ?

नोबेल विजेते ब्रिटिश भौतिकशास्त्रज्ञ पीटर हिग्स यांचं 9 एप्रिल रोजी वयाच्या 94व्या वर्षी निधन झालं. Higgs Boson Particle ज्याला 'God Particle' म्हणजेच 'देव कण'ही म्हटलं जातं, हा सिद्धांत त्यांनी मांडला होता.

4 जुलै 2012ला स्वित्झर्लंडमधल्या युरोपियन ऑर्गनायझेशन फॉर न्यूक्लिअर रिसर्च - CERNमध्ये संशोधकांनी लार्ज हॅड्रॉन कोलायडर - LHC मध्ये दोन अणूंची टक्कर घडवून आणली आणि 60 च्या दशकात पीटर हिग्स यांनी मांडलेला सिद्धांत तब्बल 48 वर्षांनी सिद्ध झाला.

लार्ज हॅड्रॉन कोलायडर हे आजवर उभारण्यात आलेलं सर्वांत मोठं आणि गुंतागुंतीचं मशीन आहे. या मशीनमध्ये करण्यात आलेल्या दोन अणूंच्या टकरीदरम्यान तो अतिसूक्ष्म कण सापडला ज्यामुळे अणूला वस्तुमान (Mass) मिळतं.

'हिग्स बोसॉन कण' हा आधुनिक भौतिकशास्त्रातला सर्वांत महान शोध मानला जातो.

स्टँडर्ड मॉडेल काय आहे?

जगात अस्तित्वात असलेल्या प्रत्येक गोष्टीमध्ये अणू (Atom) हा त्याचा मूलकण (Elementary Particle) असतो हे आपल्याला माहिती आहे. पण सजीव वा निर्जीव वस्तुंना असणारं वस्तुमान अणूमध्ये असणाऱ्या अतिसूक्ष्म कणांमुळे मिळतं, असं गृहितक पीटर हिग्स यांनी गणिताद्वारे 1964मध्ये मांडलं.

त्यांनी मांडलेलं गृहीतक पुढे लार्ज हॅड्रॉन कोलायडरने सिद्ध केलं आणि जग समजून घेण्याच्या संकल्पना बदलल्या.

हा हिग्स बोसॉन ही आपल्याला सुचलेली 'एकमेव चांगली गोष्ट' असल्याचं पीटर हिग्स गंमतीने म्हणत. आणि त्यांना सुचलेल्या याच एकमेव गोष्टीबद्दल त्यांचा 2013 सालचा भौतिकशास्त्रासाठीचा नोबेल पुरस्कार देऊन गौरव करण्यात आला.

प्रोटॉन्स (Protons) आणि न्यूट्रॉन्स (Neutrons) हे अणूच्या केंद्रात (Nucleus) असतात आणि इलेक्ट्रॉन्स (Electrons) त्या केंद्राभोवती प्रदक्षिणा घालतात हे आपल्याला माहित आहे.

पण हे प्रोटॉन्स आणि न्यूट्रॉन्सही त्यांपेक्षा सूक्ष्म कणांमध्ये विभागले जाऊ शकतात.

एकूण 17 मूलभूत सूक्ष्मकणांचा (Fundamental Particles) आजवर शोध लागलाय. बलाखाली (Forces) या सूक्ष्मकणांचा एकमेकांशी संबंध आल्याने साऱ्या जगाची निर्मिती होती.

या 17 सूक्ष्मकणांच्या गटाला आणि बलाला स्टँडर्ड मॉडेल (Standard Model) म्हटलं जातं.

स्टँडर्ड मॉडेलमधले हे सूक्ष्मकण दोन मुख्य गटांमध्ये विभागले जातात - फर्मिऑन्स (Fermions) आणि बोसॉन्स (Bosons)

यातले फर्मिऑन्स म्हणजे विटा आहेत ज्याने सगळं जग तयार होतं. ज्याप्रमाणे लेगोचे ठोकळे वेगवेगळ्या प्रकारांनी जोडून वेगवेगळ्या गोष्टी तयार करता येतात, तशाच या फर्मिऑन्सच्या वेगवेगळ्या कॉम्बिनेशन्समुळे वेगवेगळे अणू तयार होतात.

एकूण 12 फर्मिऑन्स हे 6 क्वार्क्स (Quarks) आणि 6 लेप्टॉन्स (Leptons) मध्ये विभागलेले असतात. म्हणजेच आपल्याला माहिती असलेल्या भौतिक वस्तू (matter) या क्वार्क्स आणि लेप्टॉनच्या कॉम्बिनेशन्सनी बनलेल्या असतात.

बोसॉन हे ते सूक्ष्मकण आहेत जर बल (Forces) वाहून नेतात ज्यांचा परिणाम फर्मिऑन्सवर होतो. भारतीय संशोधक सत्येंद्रनाथ बोस यांच्यावरून हे नाव देण्यात आलंय.

एकूण 5 प्रकारचे बोसॉन्स आहेत. यातील प्रत्येक बोसॉन तीनपैकी एक मूलभूत बल (Fundamental Forces) वाहून नेतो.

क्वार्क्सना एकत्र ठेवणारा स्ट्राँग फोर्स (Strong Force) ग्लुऑन वाहून नेतो.

W बोसॉन आणि Z बोसॉन वीक फोर्स (Weak Force) वाहून नेतात ज्यामुळे अणुच्या केंद्राची झीज होईल इतर प्रकारचे अणु तयार होतात.

फोटॉन्स इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फोर्स - विद्युतचुंबकीय बल वाहून नेतात.

आणि चौथं आणि सर्वांना माहीत असलेलं बल म्हणजे - गुरुत्वाकर्षण (Gravity) पण सब-अॅटॉमिक (Subatomic) म्हणजे अणूपेक्षाही सूक्ष्म मूलकणांमध्ये गुरुत्वाकर्षाणाची पातळी इतकी कमी असते की त्याचा फारसा परिणाम होत नाही. म्हणूनच त्याचा स्टँडर्ड मॉडेलमध्ये समावेश करण्यात आलेला नाही.

थोडक्यात फर्मिऑन्सच्या गटाचा बोसॉन्सच्या गटाशी संबंध आल्याने विश्वाची निर्मिती होते.

आणि त्यानंतर येतो पाचवा बोसॉन - हिग्स बोसॉन

हिग्स बोसॉन काय आहे?

स्टँडर्ड मॉडेल पूर्ण करणारा शेवटचा सूक्ष्मकण म्हणजे - द हिग्स बोसॉन

स्टँडर्ड मॉडेलमधल्या 17पैकी 16 कणांबद्दल समजल्यानंतरही एक प्रश्न अनुत्तरित होता : क्वार्क्स आणि लेप्टोन्सना वस्तुमान (Mass) असतं ज्यामुळे भौतिक गोष्टी तयार होतात. पण या सूक्ष्मकणांमध्ये हे वस्तुमान येतं कुठून?

याचं उत्तर आहे - हिग्स फील्ड (Higgs Field) म्हणजेच असं अदृश्यं वातावरण जे जगात सगळीकडे पसरलेलं असतं आणि ज्यामुळे वस्तुमान असणाऱ्या सूक्ष्मकणांची निर्मिती होते.

या हिग्स फील्डमध्ये हिग्स बोसॉन्स असतात आणि यामुळे कणांना वस्तुमान मिळतं.

ऑक्सफर्ड विद्यापीठाचे भौतिकशास्त्रातील सिद्धांतांचे मानद प्राध्यापक फ्रँक क्लोज म्हणतात, "हिग्स बोसॉनच्या शोधावरून आपल्याला हे पहायला मिळालं की आपल्याभोवती एक विचित्र गोष्ट आहे ज्यात आपण गुरफटलोय...त्यालाच हिग्स फील्ड म्हणतात.

ज्याप्रमाणे माशांनी पाण्यात बुडलेलं असणं गरजेचं असतं, तसंच हिग्स फील्ड आपल्यासाठी गरजेचं आहे."

असं एखादं क्षेत्र अस्तित्त्वात आहे आणि त्याच्याशी संबंधित एक सूक्ष्मकण असायला हवा असा सिद्धांत पीटर हिग्स यांनी पहिल्यांदा 1964 मध्ये मांडला होता. पण तो प्रत्यक्षात पाहण्यासाठी 2012 उजाडावं लागलं.

लार्ज हॅड्रॉल कोलायडरमध्ये हा सूक्ष्मकण पाहता आला.

'गॉड पार्टिकल' नावाचा वाद

नव्याने शोध लागलेल्या बोसॉनला - गॉड पार्टिकल म्हणजेच देव कण हे नाव माध्यमांनी दिलं. नोबेल विजेते लिऑन लीडरमन यांच्या पुस्तकावरून माध्यमांनी या सूक्ष्मकणाला गॉड पार्टिकल म्हणायला सुरुवात केली.

1993मध्ये आलेल्या या पुस्तकाला लीडरमन यांनी खरंतर नाव दिलं होतं - गॉडडॅम पार्टिकल. पण प्रकाशकांनी ते बदलून 'गॉड पार्टिकल' केलं.

हिग्स बोसॉनला गॉड पार्टिकल म्हणण्याला वैज्ञानिकांचा - संशोधकांचा आक्षेप होता. पुराव्यांवर आधारित भौतिकशास्त्रात धर्माला कोणतंही स्थान नसल्याचं म्हणत संशोधकांनी एका वैज्ञानिक शोधाला देवावरून नाव देण्यास आक्षेप घेतला होता.

हा शोध महत्त्वाचा का?

जगाबद्दलचे आपले समज आणि आपल्याला माहिती असणाऱ्या गोष्टी हिग्स बोसॉनच्या शोधामुळे बदलल्या असं युनिर्व्हसिटी ऑफ मेक्सिकोचे रामोस सांचेझ सांगतात.

आपण ज्याने बनलो आहोत त्या मूलभूत सूक्ष्मकणांचं पूर्ण ज्ञान आपल्याला मिळालं.

एका अशा सूक्ष्मकणाचा शोध लागला जो इतर सगळ्यांपेक्षा वेगळा होता.

आणि आजवर मांडण्यात आलेला हा सर्वांत नेमका - सुस्पष्ट सिद्धांत होता.

स्टँडर्ड मॉडेल हा मानवतेला माहित असलेला आजवरचा सर्वात अचूक सिद्धांत असल्याचं सांचेझ सांगतात.

हिग्स-बोसॉन शोधानंतर पुढे काय ?

4 जुलै 2012च्या ऐतिहासिक शोधानंतर या क्षेत्रामध्ये इतका मोठा शोध लागलेला नाही, यावर तज्ज्ञांचं एकमत आहे.

पण असं असलं तरी स्टँडर्ड मॉडेल सगळ्या प्रश्नांची उत्तर देत नाही.

या स्टँडर्ड मॉडेलमुळे दिसणाऱ्या - नेहमीच्या वस्तुमानांबद्दलची माहिती मिळते. आणि या गोष्टी एकूण विश्वाच्या फक्त 5% आहेत. शिवाय Dark Matter म्हणजे काय, विश्व - Cosmos इतक्या झपाट्याने का विस्तारतंय हे देखील यामुळे समजत नाही. सगळ्यात महत्त्वाची गोष्ट या सगळ्यात गुरुत्वाकर्षण ही महत्त्वाची गोष्ट समाविष्ट नाही.

पण याचा अर्थ स्टँडर्ड मॉडेल चूक आहे, असाही होत नाही.

एकांतात राहणारा शास्त्रज्ञ

फक्त पीटर हिग्सच या अशा हिग्स फील्डच्या संकल्पेनवर 1964च्या सुमारास काम करत होते, असंही नाही इतरही वैज्ञानिक या दिशेने विचार करत होते. वैज्ञानिकांच्या दोन गटांनी त्याच सुमारास त्यांचेही सिद्धांत मांडले होते.

पण ही गणितीय संकल्पना खरी आहे, निसर्गात अस्तित्वात आहे हे लक्षात येणारे हिग्स पहिले होते.

जगभर ओळखला जाणारा हा शोध लावणारे पीटर हिग्स वैयक्तिक आयुष्यात मात्र अतिशय लाजरे, एकांतात राहणं आवडणारे होते. 2006 मध्ये रिटायरमेंटनंतर ते स्कॉटलंडमधल्या एडिंबरामध्ये राहिले.

पीटर हिग्स यांच्या राहण्याच्या सवयीमुळेच आपल्याला नोबेल पारितोषिक मिळालंय, हे देखील त्यांना उशीरा कळलं.

नोबेल पारितोषिकं देणाऱ्या रॉयल स्वीडिश अकॅडमी ऑफ सायन्सेसने या पुरस्काराबद्दल सांगण्यासाठी हिग्स यांना फोन करण्याचा प्रयत्न केला, पण हिग्स यांच्याकडे मोबाईल फोन नव्हता.

मग त्यांना न कळवताच पुरस्कार जाहीर करण्यात आला. पीटर हिग्स यांच्या शेजाऱ्यांनी त्यांना रस्त्यात थांबवून ही बातमी सांगितली.

त्यांनी कधीही इंटरनेट वापरलं नाही. फक्त फोन वापरायचे आणि लिफ्ट नसलेल्या इमारतीत रहायचे, जिथे रस्त्यापर्यंत पोहोचण्यासाठी त्यांना 84 पायऱ्या उतरून जावं लागत असे.

त्यांनी शोध लावलेल्या बोसॉनसारखेच तेही होते. अनेक वर्षं लपून बसलेले पण ज्यावेळी शोध लागला, तेव्हा जगाचा दृष्टिकोनच बदलून गेला.