Large Hadron Collider: जानें Physics की अब तक की सबसे बड़ी खोज के बारे में

Large Hadron Collider (LHC) अब तक का सबसे शक्तिशाली कण एक्सेलरेटर (Particle accelerator) है. वज्ञानिकों के अनुसार इस खोज के ज़रिये भौतिक विज्ञान के कुछ अनसुलझे सवालों का जवाब मिल सकता है और ये ब्रह्मांड को समझने के हमारे नज़रिए को भी बदलने की शुरुआत हो सकती है. आइये इस लेख के माध्यम से LHC के बारे में विस्तार से अध्ययन करते हैं .
Created On: Apr 5, 2021 13:39 IST
Modified On: Apr 5, 2021 17:58 IST
Large Hadron Collider
Large Hadron Collider

कुछ वैज्ञानिक भौतिकी विज्ञान की सबसे बड़ी खोज की और बढ़ रहे हैं और इससे कुछ अनसुलझे सवालों के जवाब मिल सकते हैं. स्विट्ज़रलैंड में वैज्ञानिक Large Hadron Collider (LHC) पर काम कर रहे हैं और उन्होंने बताया की यह खोज ब्रह्मांड को समझने के हमारे नज़रिए को बदलने की शुरुआत हो सकती है. 

हमारी दुनिया के बिल्डिंग ब्लॉक हैं जो परमाणु से भी छोटे हैं. इन उप-परमाणु कणों में से कुछ छोटे घटकों से बने होते हैं, जबकि अन्य को किसी और चीज़ में नहीं तोड़ा जा सकता है. इन बाद के कणों को मूलभूत कणों (Fundamental particles) के रूप में जाना जाता है.

स्टैंडर्ड मॉडल (Standard Model) उन सभी ज्ञात मूलभूत कणों का वर्णन करता है जो ब्रह्मांड के साथ-साथ उन ताकतों के साथ मेल खाते हैं.

लेकिन यह आधुनिक भौतिकी में कुछ सबसे बड़े रहस्यों को नहीं समझा सकता है, जैसे कि डार्क मैटर (Dark matter) या गुरुत्वाकर्षण की प्रकृति (Nature of gravity). भौतिकविदों को पता है कि इसे अंततः एक अधिक उन्नत ढांचे द्वारा प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए.

Large Hadron Collider (LHC) को स्टैंडर्ड मॉडल (Standard Model) से परे भौतिकी की खोज के लिए बनाया गया था. इसलिए यदि LHCb से परिणाम की पुष्टि की जाती है तो वे एक महत्वपूर्ण खोज का प्रतिनिधित्व करेंगे.

आखिर Large Hadron Collider (LHC) क्या है?

Large Hadron Collider (LHC) एक कण त्वरक है जो प्रकाश की गति के निकट प्रोटॉन या आयनों को धकेलता है. इसमें कई प्रकार के त्वरित संरचनाओं (Accelerating structures) के साथ सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट (Superconducting magnets) की 27 किलोमीटर की रिंग होती है जो कणों की ऊर्जा को बढ़ावा देती है.

LHC को वैज्ञानिकों ने भौतिकी विज्ञान के लिए हमारी समझ को विकसित करने और नए पार्टिकल्स की खीज के लिए बनाया था. यहाँ शोधकर्ता इन पार्टिकल्स को पहले लगाए गए फोर्स से भी ज्यादा फोर्स के साथ एक दूसरे से टकराकर तोड़ते हैं. इस क्रम में उन्होंने पाया कि सबएटॉमिक पार्टिकल्स ऐसा बर्ताव कर रहे हैं जिसे भौतिकी के मौजूदा सिधान्तों से समझाया नहीं जा सकता. इसलिए शायद ये अबतक की सबसे बड़ी खोज हो सकती है. 

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इसे "Large Hadron Collider (LHC)" क्यों कहा जाता है?

इसमें "Large" शब्द इसके आकार को संदर्भित करता है जो कि परिधि में लगभग 27 किमी का है.

"Hadron" क्योंकि यह प्रोटॉन या आयनों को तेज करता है, जो कणों के समूह से संबंधित हैं जिन्हें Hadron कहा जाता है.

"Collider" क्योंकि कण विपरीत दिशाओं में यात्रा करते हुए दो बीम बनाते हैं, जो मशीन के चारों ओर चार बिंदुओं पर टकराने के लिए बने होते हैं.

अब LHCb के बारे में जानते हैं 

LHCb "Beauty quarks" नामक उप-परमाणु कणों का उत्पादन करता है, जो आमतौर पर प्रकृति में नहीं पाए जाते हैं लेकिन LHC में निर्मित होते हैं. उप-परमाणु कण क्षय के रूप में जानी जाने वाली प्रक्रिया से गुजरते हैं, जहां एक कण कई, कम बड़े पैमाने पर बदल जाता है.

कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के Dr Paula Alvarez Cartelle, खोज के पीछे वैज्ञानिक लीडर्स में से एक थे. उन्हीनें कहा की: "यह नया परिणाम एक नए मौलिक कण या बल की उपस्थिति के तांत्रिक संकेत प्रदान करता है जो इन ... कणों के साथ अलग-अलग बातचीत करता है.

"हमारे पास जितना अधिक डेटा है, यह परिणाम उतना ही मजबूत हो गया है. यह माप पिछले दशक के LHCb परिणामों की एक श्रृंखला में सबसे महत्वपूर्ण है जो सभी को पंक्तिबद्ध लगते हैं और सभी एक सामान्य स्पष्टीकरण की ओर इशारा कर सकते हैं."

"परिणाम नहीं बदले हैं, लेकिन उनकी अनिश्चितता सिकुड़ गई है, जिससे स्टैंडर्ड मॉडल (Standard Model) के साथ संभावित अंतर देखने की हमारी क्षमता बढ़ गई है."

Large Hadron Collider (LHC) कैसे काम करता है?

CERN एक्सेलरेटर कॉम्प्लेक्स (Accelerator complex) में उच्च ऊर्जा वाली मशीनें हैं. प्रत्येक मशीन श्रृंखला में अगली मशीन में बीम को इंजेक्ट करने से पहले एक निश्चित ऊर्जा के कणों के एक बीम को तेज करती है. फिर अगली मशीन बीम को और भी अधिक ऊर्जा पर लाती है और ऐसे चलता रहता है.  LHC इस श्रृंखला या चैन का अंतिम तत्व है, जिसमें बीम अपनी उच्चतम ऊर्जा तक पहुंचते हैं.

LHC के अंदर, कणों के टकराने से पहले दो कण प्रकाश की गति के करीब पहुंचते हैं. बीम अलग-अलग बीम पाइप में विपरीत दिशाओं में यात्रा करते हैं और ये दो ट्यूब अल्ट्राहाई वैक्युम पर रखी गई हैं.

सुपरकंडक्टिंग इलेक्ट्रोमैग्नेट्स (Superconducting electromagnets) द्वारा बनाए एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र द्वारा उन्हें त्वरक रिंग के चारों ओर निर्देशित किया जाता है. एक निश्चित विशेषता तापमान के नीचे, कुछ सामग्री एक सुपरकंडक्टिंग स्टेट  में प्रवेश करती हैं और विद्युत प्रवाह के पारित होने के लिए कोई प्रतिरोध नहीं करती हैं.

LHC में इलेक्ट्रोमैग्नेट्स (Electromagnets) को -271.3 ° C (1.9K) तापमान पर ठंडा किया जाता है. यह बाहरी स्थान की तुलना में एक ठंडा तापमान होता है. इसे प्रभाव का लाभ उठाने के लिए ठंडा किया जाता है. एक्सेलरेटर (Accelerator) तरल हीलियम के एक विशाल वितरण प्रणाली से जुड़ा हुआ है, जो मैग्नेट को ठंडा करता है, साथ ही साथ अन्य आपूर्ति सेवाओं को भी.

त्वरक के चारों ओर बीम को निर्देशित करने के लिए विभिन्न किस्मों और आकारों के हजारों मैग्नेट का उपयोग किया जाता है. इनमें 1232 डाईपोल चुम्बक 15 मीटर लंबाई के होते हैं जो बीम को मोड़ते हैं, और 392 Quadrupole चुम्बक, प्रत्येक 5-7 मीटर लंबे होते हैं, जो बीम को केंद्रित या फोकस करते हैं. टकराव से ठीक पहले, एक और प्रकार के चुंबक का उपयोग टकराव की संभावना को बढ़ाने के लिए कणों को एक साथ "निचोड़ने" के लिए किया जाता है.

कण इतने छोटे होते हैं कि उन्हें टकराने का काम इतनी सटीकता के साथ 10 किलोमीटर दूर दो सुइयों को फायर करने के समान होता है कि वे आधे रास्ते तक पहुंच जाते हैं.

त्वरक, इसकी सेवाओं और तकनीकी बुनियादी ढांचे के सभी नियंत्रण CERN कंट्रोल सेंटर (CERN Control Centre) में एक छत के नीचे रखे जाते हैं. यहाँ से, LHC के अंदर के बीम चार कण डिटेक्टरों - ATLAS, CMS, ALICE और LHCb के पदों के अनुरूप त्वरक वलय के चारों स्थानों पर टकराते हैं.

LHC के मुख्य लक्ष्य क्या हैं?

कण भौतिकी का मानक मॉडल (Standard Model of particle physics) - 1970 के दशक के प्रारंभ में विकसित एक सिद्धांत, जो मौलिक कणों और उनके अंतःक्रियाओं का वर्णन करता है ने सटीक रूप से घटना की एक विस्तृत विविधता की भविष्यवाणी की है और अब तक कण भौतिकी में लगभग सभी प्रयोगात्मक परिणामों की सफलतापूर्वक व्याख्या की है. लेकिन मानक मॉडल (Standard Model) अधूरा है, यह कई प्रश्नों के जवाब नहीं देता है परन्तु ऐसा माना जा रहा है कि LHC उत्तर देने में मदद करेगा.

LHC कैसे डिज़ाइन किया गया था?

वैज्ञानिकों ने 1980 के दशक की शुरुआत में LHC के बारे में सोचना शुरू किया, जब पिछले एक्सेलरेटर (Accelerator), LEP, अभी तक नहीं चल रहा था. दिसंबर 1994 में, CERN परिषद ने LHC के निर्माण को मंजूरी देने के लिए मतदान किया और अक्टूबर 1995 में LHC तकनीकी डिजाइन रिपोर्ट प्रकाशित की गई.

जापान, संयुक्त राज्य अमेरिका, भारत और अन्य गैर-सदस्य राज्यों के योगदान ने प्रक्रिया को तेज किया और 1996 और 1998 के बीच, चार प्रयोगों (ALICE, ATLAS, CMS और LHCb) को आधिकारिक स्वीकृति मिली और चार स्थलों पर निर्माण कार्य शुरू हुआ.

LHC पर कौन से डिटेक्टर (Detectors) हैं?

LHC पर सात एक्सपेरिमेंट्स (Experiments) स्थापित हैं: ALICE, ATLAS, CMS, LHCb, LHCf, TOTEM और MoEDAL. वे एक्सेलरेटर (Accelerator) में टक्करों द्वारा उत्पन्न कणों के असंख्य का विश्लेषण करने के लिए डिटेक्टरों का उपयोग करते हैं. ये प्रयोग दुनिया भर के संस्थानों के वैज्ञानिकों के सहयोग से चलाए जा रहे हैं. प्रत्येक प्रयोग अलग है, और इसके डिटेक्टरों को चिह्नित करते हैं.

Source: cern

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