न्युट्रिनोबद्दल
आपल्याला माहीतच आहे की सर्व गोष्टी अणूंनी बनलेल्या आहेत. प्रत्येक अणूमध्ये मध्यभागी प्रोटॉन्स आणि न्यूट्रॉन्स यांनी बनलेले अणुकेंद्रक असते, आणि त्याभोवती इलेक्ट्रॉन्स फिरत असतात. न्यूट्रीनो हे इलेक्ट्रॉनसारखेच अतिसूक्ष्म मूलकण आहेत, पण ते अणूचा भाग नाहीत. (ज्या कणांचे अजून छोट्या कणांत विभाजन करता येत नाही अशा कणांना मूलकण असे म्हणतात. प्रोटॉन व न्यूट्रॉन हे मूलकण नाहीत.) जरी न्यूट्रीनो आणि न्यूट्रॉन्स हे शब्द ऐकायला जवळपास सारखे असले तरी ते वेगवेगळे कण आहेत. न्यूट्रीनो हे ग्रीक भाषेतील (न्यु) Ʋ या अक्षराने दर्शवतात. मूलकणांवरील संशोधनातून, इलेक्ट्रॉन-सारखेच अजून दोन कण -- म्युऑन (muon) आणि टाऊ (tau) – आढळून आले आहेत. म्युऑन हे इलेक्ट्रॉनपेक्षा २०० पट जड असतात तर टाऊ हे इलेक्ट्रॉनपेक्षा जवळजवळ ३५०० पट जड असतात. लेक्ट्रॉन, म्युऑन व टाऊ या प्रत्येक कणाला स्वतःचा एक सोबती असतो. त्यांना अनुक्रमे इलेक्ट्रॉन-न्यूट्रीनो, म्युऑन-न्यूट्रीनो आणि टाऊ-न्युट्रिनो असे म्हणतात. इलेक्ट्रॉन, म्युऑन व टाऊ हे ऋणभारित (negatively charged) कण आहेत तर न्यूट्रीनोंवर कोणताही विद्युतभार नसतो, व त्यांचे वस्तुमानही नगण्य असते. या सहा कणांना मिळून ``लेप्टॉन्स’’ असे म्हणतात.
न्यूट्रीनो कुठे तयार होतात ?
न्यूट्रीनो हे निसर्गात मुबलक प्रमाणात आढळतात. सूर्य व तारे यांच्या अंतरंगात, आणि पृथ्वीच्या वातावरणातही दर सेकंदाला लाखो-करोडो न्यूट्रीनोंची उत्पत्ती होत असते. बहुतांश न्यूट्रीनो हे आपल्या शरीरातून आरपार जातात, आणि त्याची पुसटशीही जाणीव आपल्याला होत नाही. ते पृथ्वीमधूनही आरपार जाऊन पलिकडच्या बाजूने बाहेर पडू शकतात. याचे कारण असे की त्यांच्या मार्गात येणाऱ्या कोणत्याही गोष्टीशी न्यूट्रीनोंची फारच कमी परस्परक्रिया (interaction) होते. (कोणत्याही पदार्थाचा वेग किंवा दिशा बदलण्यासाठी अशी परस्परक्रिया आवश्यक असते. उदाहरणार्थ, विजेरीचा प्रकाश हा भिंतीतून आरपार जाऊ शकत नाही कारण प्रकाशकण हे भिंतीला पार करुन पलीकडे जाण्याआधीच त्यांची भिंतीशी परस्परक्रिया होते व ते विखुरले जातात. न्यूट्रीनोंची परस्परक्रिया करण्याची क्षमता अत्यंत नगण्य असल्याने ते आरपार जातात व कोणताही अपाय करू शकत नाहीत.) न्यूट्रीनो हे कृत्रिमरीत्याही बनविता येतात. ते किरणोत्सारी विघटन आणि अणुभट्ट्यांमध्ये तयार होतात.
न्यूट्रीनो सहपरिवर्तन
जरी न्यूट्रीनो हे मुबलक प्रमाणात उपलब्ध असले तरी त्यांची डिटेक्टरशी होणारी परस्परक्रिया नगण्य असल्याने प्रयोगशाळेत त्यांचा अभ्यास करणे फारच अवघड आहे. असे असूनही शास्त्रज्ञांनी त्यांचा माग काढण्याच्या व त्यांचा अभ्यास करण्याच्या पद्धती शोधून काढलेल्या आहेत. पूर्वी, न्यूट्रीनोंना वस्तुमान नसते असे मानण्यात येत होते. पण अलिकडील प्रयोगांमधून न्यूट्रीनोंना अत्यंत क्षुल्लक का होईना, पण वस्तुमान असते, हे सिद्ध झाले आहे. तसेच हे कण प्रवास करीत असताना त्यांच्या प्रकारात बदल होऊ शकतो असे आढळून आले आहे. उदाहरणार्थ, सूर्यामध्ये तयार झालेला इलेक्ट्रॉन न्यूट्रीनो हा पृथ्वीवर येईपर्यंत म्युऑन न्यूट्रीनो किंवा टाऊ न्यूट्रीनोच्या स्वरुपात बदलू शकतो. ह्या बदलाला न्यूट्रीनो सहपरिवर्तन (neutrino oscillations) असे म्हणतात. न्यूट्रीनो कोठेही निर्माण झालेले असले तरी त्यांच्यात हा गुणधर्म आढळुन येतो. या गुणधर्माच्या शोधामुळे, न्यूट्रीनोला स्वत:चे वस्तुमान असते हे सिद्ध झाले आहे. न्यूट्रीनोच्या या नगण्य वस्तुमानाचाही प्रभाव खगोलशास्त्रापासून ते अतिसूक्ष्म मूलकणांच्या शास्त्रापर्यंत विज्ञानाच्या अनेक शाखांवर पडतो. यामुळेच, न्यूट्रीनोंचा अभ्यास ही वैज्ञानिक संशोधनातील एक महत्त्वाची शाखा बनलेली आहे. सन २००२ मध्ये दिले गेलेले भौतिकशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक हे न्यूट्रीनोंशी संबंधित संशोधनासाठी दिले गेलेले आहे.
भारतीय न्युट्रिनो वेधशाळा
न्यूट्रीनो सहपरिवर्तनाचा शोध ही फक्त पहिली पायरी आहे, आणि अजून त्यातून निर्माण झालेल्या कितीतरी अनुत्तरीत प्रश्नांची उत्तरे शोधणे बाकी आहे. न्यूट्रीनोंवरील संशोधनाने आज साऱ्या जगाचे लक्ष वेधून घेतले आहे. जपानमधील सुपर-कामिओकांडे (Super-Kamiokande), कॅनडामधील सडबरी न्यूट्रीनो वेधशाळा (SNO), इटलीमधील ग्रान-सासो (Gran Sasso), दक्षिण ध्रुवावरील Icecube या जगातील काही महत्त्वाच्या न्यूट्रीनो प्रयोगशाळा आहेत. काही वर्षापूर्वीच, न्यूट्रीनोंचा अभ्यास करण्यासाठी भारतात एक अत्याधुनिक विश्वस्तरीय प्रयोगशाळा उभारण्यात यावी या संकल्पनेचा उदय झाला आणि तिला आकार मिळण्यास सुरवात झालेली आहे. अकराव्या पंचवार्षिक योजनेत भारतीय न्यूट्रीनो वेधशाळा हा प्रकल्प विज्ञान-महाप्रकल्प म्हणून घोषित करण्यात आलेला आहे.
लोखंडी ऊर्जामापक डिटेक्टर आणि प्रयोग
INO च्या पहिल्या टप्प्यात, वातावरणात नैसर्गिकरित्या तयार होणाऱ्या न्यूट्रीनोंचा अभ्यास करण्यासाठी डिटेक्टर तयार केला जाईल. न्यूट्रीनोव्यतिरीक्त इतरही कण वातावरणात तयार होत असतात, आणि डिटेक्टरतून जाणारे न्यूट्रीनो व हे इतर कण यांच्या खुणा वेगळ्या करणे अवघड असते. या इतर कणांना थांबवण्याचा मार्ग म्हणजे डिटेक्टरला डोंगराच्या आत ठेवणे. न्यूट्रीनो हे कशातूनही आरपार जाऊ शकत असल्यामुळे ते डिटेक्टरपर्यंत पोहचतील, पण इतर कण मात्र डोंगरातील दगडांमुळे थांबवले जातील.
हा डिटेक्टर एक लोखंडी ऊर्जामापक (Iron Calorimeter: ICAL) आहे, ज्याचे चित्र खाली दाखवलेले आहे. डिटेक्टरचे ३ खंड असणार आहेत, प्रत्येक खंडाचा आकार १६ मीटर x १६ मीटर x १४.५ मीटर एवढा प्रचंड असेल. यात असणाऱ्या १५० थरांत, रेझिस्टिव प्लेट चेंबर्स (RPC) नामक उपकरणे बसविण्यात येणार आहेत. लोखंडाच्या लाद्यांनी प्रत्येक थरामधील जागा भरली जाणार आहे. ३०,००० हून अधिक RPCs या डिटेक्टरमध्ये वापरली जातील. या RPCsपासून येणारी माहिती ही ३६ लाखाहूनही अधिक इलेक्ट्रॉनिक्स संदेशवाहक मार्गांद्वारे संगणकात साठवली जाईल. डिटेक्टरभोवती गुंडाळलेल्या तारांतून वाहाणारी वीज चुंबकीय क्षेत्र तयार करुन, संपूर्ण डिटेक्टरचाच एक प्रचंड चुंबक बनवेल. या अजस्त्र शोधकाचे वजन ५० किलोटन (५० ००० ००० किलोग्रॅम) असणार आहे, व हा जगातील सर्वात मोठा विद्युतचुंबक असेल. जसे प्रकाशाचा वापर करुन दुर्बिणीद्वारे आकाशाचे निरीक्षण केले जाते, तसेच हा ICAL न्यूट्रीनोंच्या माध्यमातून आकाशाचे निरीक्षण करेल.
लोखंडी ऊर्जामापक न्युट्रिनो सहपरिवर्तन कसे मोजणार?
ICAL च्या वरून व बाजूंनी असणारे डोंगराचे दगड व खालून पृथ्वी यांमुळे त्याचे इतर खगोलीय कणांपासून रक्षण होते व केवळ वातावरणात तयार होणारे न्युट्रिनो त्याच्यापर्यंत पोहोचू शकतात. पृथ्वीच्या वातावरणात न्युट्रिनो कशा रीतीने तयार होतात हे वरील छायाचित्रात दर्शविले आहे.
आकाशाच्या सर्व भागांतून पृथ्वीकडे येणारे विश्वकिरण हे वातावरणीय न्युट्रिनोचे मुख्य स्त्रोत आहेत. यांपासून म्युऑन-न्युट्रिनो आणि इलेक्ट्रॉन-न्युट्रिनो हे साधारण २:१ या प्रमाणात निर्माण होतात. न्यूट्रीनो सहपरिवर्तनाची संभाव्यता ही न्यूट्रीनोने पार केलेले अंतर (L) आणि न्यूट्रीनोची ऊर्जा (E) यावर अवलंबून असते. जे न्यूट्रीनो वरून येतात ते डिटेक्टरपर्यंत पोहचण्यासाठी कमी अंतर कापत असल्यामुळे त्यांच्या सहपरिवर्तनाची संभाव्यता ही खालून (पृथ्वीमधून) डिटेक्टरपर्यंत पोहचणाऱ्या न्यूट्रीनोंपेक्षा कमी असते. त्यामुळे, वरून व खालून येणार्या न्युट्रिनोंचे परस्पर प्रमाण हे थेट न्युट्रिनो सहपरिवर्तनाच्या संभाव्यतेचे मोजमाप असते.
प्रकल्पाची जागा आणि सुविधा
भारतीय न्यूट्रीनो वेधशाळेकरता डोंगराच्या आत दोन मोठ्या गुहा तयार केल्या जाणार आहेत. एका गुहेत २६ मीटर रुंद, ३० मीटर उंच आणि १३२ मीटर लांब असा महाकाय डिटेक्टर असणार आहे आणि दुसऱ्या गुहेत या डिटेक्टरचे नियंत्रण व पाहणी करणारी यंत्रे आणि संगणक असणार आहेत. भौगोलिक परिस्थिती व भूकंपनांची शक्यता या सर्वांचा विचार करुन शास्त्रज्ञांनी तामिळनाडूच्या पश्चिम घाटातील कणखर आणि घट्ट कातळ अशा गुहांसाठी पसंत केला आहे. ही वेधशाळा तामिळनाडूतील मदुराईपासून ११० किलोमीटरवर, थेणी जिल्ह्यातील पश्चिम बोडी डोंगररांगेत उभारली जाणार आहे. या डोंगरात बनविल्या जाणार्या दोन्ही गुहा दोन किलोमीटर लांबीच्या बोगद्याने बाहेरील जमिनीवरील केंद्राशी जोडलेल्या असतील. डोंगराबाहेरील जागेत प्रयोगशाळा, कार्यालये, कार्यशाळा, यांबरोबरच संशोधकांना, अभियंत्यांना तसेच इतर कर्मचाऱ्यांना राहण्यासाठी निवासस्थाने व विद्यार्थ्यांसाठी वसतिगृहेही बांधण्यात येतील.
View Larger Map
विज्ञानप्रसार कार्यक्रमाचे साहित्य
फायदे
भारतीय न्यूट्रीनो वेधशाळेचा प्रकल्प भारतातील वैज्ञानिक मनुष्यबळ वाढविण्यासाठी देशाला फारच उपयोगी पडणार आहे. या प्रकल्पाच्या मांडणी व उभारणीसाठी आवश्यक असे अत्याधुनिक तंत्रज्ञान वापरण्याचा अनुभव असणारी नवी पिढी वैज्ञानिक तंत्रज्ञानात देशाला प्रगतिपथावर नेईल. या प्रकल्पात वापरले जाणारे शोधक हे वैद्यकीय छायारेखाटनासारख्या (Medical Imaging) क्षेत्रात वापरले जाऊ शकतात. अशा विविध शाखांना एकत्र आणण्यामध्ये हा प्रकल्प महत्त्वाची अशी समाजोपयोगी भूमिका बजावू शकतो. भौतिकशास्त्रज्ञ, अभियंते व इतर क्षेत्रातील तज्ञ हे या प्रकल्पाचा कणा असणार आहेत, आणि मोठ्या प्रमाणावरील वैज्ञानिक मनुष्यबळही यासाठी गरजेचे आहे. भारतातील अनेक विद्यापीठे आणि संशोधन संस्था या प्रकल्पात सामील झाल्या आहेत. मुंबईतील टाटा मुलभुत संशोधन संस्थेतील (TIFR) शास्त्रज्ञ रेझिस्टीव्ह प्लेट चेंबर्स (RPC) तयार करुन त्यांच्या विविध चाचण्या करण्याच्या, व आवश्यक ते लेक्ट्रॉनिक्स तयार करण्याच्या संशोधनाचे नेतृत्व करीत आहे. मुंबईतील भाभा अणुसंशोधन केंद्र (BARC) आणि कोलकात्यातील परिवर्ती ऊर्जा सायक्लोट्रॉन केंद्र (VECC) यांनी मिळून प्रकल्पासाठी अत्यावश्यक असणारे चुंबक बनविण्यावर लक्ष केंद्रित केले आहे. भारतीय न्यूट्रीनो वेधशाळेने नुकताच, Ph.D देणारा पदवीधर प्रशिक्षण उपक्रम सुरु केला आहे. याअंतर्गत न्यूट्रीनो संशोधनातील वेगवेगळ्या शाखांचे विद्यार्थ्यांना एक वर्ष प्रशिक्षण दिले जाते व त्यानंतर त्यांना संशोधनकार्य करण्यासाठी वेगवेगळ्या सहकारी संस्थांकडे पाठविले जाते. अधिक माहितीसाठी आमच्या संकेतस्थळाला भेट द्यावी.