কণা পদার্থবিদ্যার প্রথম পাঠ

প্রজাতি হিসাবে আমাদের বড় গর্বের একটা ব্যাপার যে আমরা মানুষেরা এই আপাত অসীম বিশ্বব্রহ্মাণ্ডে ঘটে চলার নানা ঘটনার পেছনের কারণগুলো ব্যাখ্যা করতে পারি। এটার কারণ আমরা কৌতুহলী। আমরা আমাদের আশেপাশের অনেক কিছুই পর্যবেক্ষণ করি। সেগুলো বিচার বিশ্লেষণ করে কোন একটা নির্দিষ্ট ছাঁচে ফেলার চেষ্টা করি কিংবা নতুনভাবে কিছু ধারণার জন্ম দেই। নতুন ধারণাগুলোর পরীক্ষা করি। পরীক্ষায় উৎরে গেলে সেটাকে আগলে রাখি, না হলে বাদ দেই। এভাবেই আমাদের জ্ঞান বিকশিত হয়, নতুন নতুন ধারণা আসে আর আমরা একটু একটু করে এগোই। পদার্থের গঠন সংক্রান্ত ব্যাপারেও তার ব্যত্যয় ঘটে নি।

পদার্থের গঠন  নিয়ে সবার আগে যিনি তার চিন্তাভাবনা প্রকাশ করেন তার নাম ডেমোক্রিটাস। এই গ্রীক দার্শনিকের ভাবতেন যে প্রত্যেক পদার্থ  ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র কণা দ্বারা তৈরি।এগুলোর তিনি নাম দিয়েছিলেন এটম বা পরমাণু। উনি ভাবতেন পরমাণু অবিভাজ্য ,অপরিবর্তনশীল ও অবিনশ্বর। তার সমসাময়িক লিউসিপাস নামের আরেকজন অনেকটা তার মতো করেই পদার্থের ক্ষুদ্রতম অংশ নিয়ে কথা বলেছিলেন।

ডেমোক্রিটাস ও লিউসিপাসের মৃত্যুর অনেক বছর পরে ১৮০৩ সালে জন ডালটন পরমাণু নিয়ে আরো সুসঙ্গত কিছু মতবাদ প্রকাশ করেন। যেটাকে আমরা ডালটনের পরমাণুবাদ হিসাবে জানি।  ডেমোক্রিটাসের পরমাণু সংক্রান্ত বেশ কিছু ধারণায় পরিবর্তন আনলেও ডালটন পরমাণুর অবিভাজ্যতার ব্যাপারটা মেনে নিয়েছিলেন অর্থাৎ ডালটনের কাছেও মনে হতো পরমাণুই সবচেয়ে ক্ষুদ্রতম কণিকা।

ডালটন ভুল ছিলেন। অবশ্য এতে তাকে খুব বেশী দোষারোপ করা যায় না কারণ ডালটন যে যুগে জন্মেছিলেন সে যুগে আসলে প্রযুক্তিগত সুযোগসুবিধা ছিলো অপ্রতুল আর একেবারেই ব্যক্তিগত উদ্যোগে গবেষণা চালিয়ে যাওয়া স্কুলশিক্ষক ডালটনের পক্ষে এরচেয়ে বেশি কিছু করাটাও বেশ কষ্টসাধ্য ছিলো। ডালটনের মতবাদের ভুলটা ধরা পড়ে ১৮৯৭ সালের দিকে। ইংরেজ পদার্থবিজ্ঞানী জোসেফ জন থমসন ক্যাথোড রশ্মির প্রকৃতি বা আচরণ নির্ণয় করতে গিয়ে পরমাণুর অভ্যন্তরে ঋণাত্বক একপ্রকার কণার অস্তিত্ব খুঁজে পান। উনি এগুলোর নাম দিয়েছিলেন ‘করপুসলস (Corpuscles)”। পরে এই কণাগুলোর নাম দেয়া হয় ইলেকট্রন। তার এই আবিষ্কারের পরপরই এটা নিশ্চিত হয়ে যায় যে আসলে পরমাণু অবিভাজ্য নয়। থমসন দেখিয়েছিলেন যে পরমাণুর মোট ভর ও আয়তনের তুলনায় ইলেকট্রন খুবই সামান্য । থমসন ভেবেছিলেন যে পরমাণু একটা ধনাত্বক চার্জের ক্ষেত্র যার বিভিন্ন অংশে সুষমভাবে ছড়িয়ে আছে ঋণাত্বক চার্জবিশিষ্ট ইলেকট্রন। পরমাণুর এই ধরনের গঠনটার নাম দেয়া হয় “Plum Pudding Model” ।

তবে এই গঠনশৈলি বা মডেল খুব বেশিদিন টেকেনি। থমসনেরই ছাত্র পদার্থবিজ্ঞানী রাদারফোর্ড ১৯১১ সালে বিখ্যাত আলফা কণা বিচ্ছুরণ সংক্রান্ত পরীক্ষার মাধম্যে এটা দেখাতে সক্ষম হন যে পরমাণু আসলে কোন ধনাত্বক চার্জের ক্ষেত্র নয়, বরং তার একটি অতিক্ষুদ্র, ভারী ধনাত্বক চার্জবিশিষ্ট কেন্দ্র আছে এবং এই ভারী ধনাত্বক চার্জের কেন্দ্রকে ঘিরেই ঋনাত্বক চার্জবিশিষ্ট ইলেকট্রন আবর্তিত হয়। এই কেন্দ্রের নাম দেয়া হয় নিউক্লিয়াস। তবে নিউক্লিয়াসের আকার পরমাণুর তুলনায় একেবারেই নগন্য। পরমাণুর ব্যাসের প্রায় এক লক্ষ ভাগের এক ভাগ হল নিউক্লিয়াসের ব্যাস।

রাদারফোর্ডের এই আবিষ্কারের পর স্বাভাবিকভাবেই এটা ধরে নেওয়া হয় যে পরমাণুর কেন্দ্র বা নিউক্লিয়াস কিছু ধনাত্বক আধানযুক্ত কণা দ্বারা তৈরি। এদের নামকরণ করা হয় প্রোটন( প্রোটন>প্রোটস(গ্রীক, অর্থঃ প্রথম) )। তবে ১৯৩২ সালের মাঝামাঝি সময়ে রাদারফোর্ডেরই একজন সহকর্মী যার নাম জেমস চ্যাডউইক পরমাণুর নিউক্লিয়াসে আরো একটি কণার অস্তিত্ব আবিষ্কার করেন। একেবারেই চার্জবিহীন এই কণার নাম দেয়া হয় নিউট্রন। দেখা গেল চার্জবিহীন এই কণাটির ভর প্রোটন ও ইলেকট্রন থেকে অনেক অনেক বেশী। যেহেতু প্রোটন ধনাত্বক আধানবিশিষ্ট তাহলে সেক্ষেত্রে কুলম্বের সুত্র অনুযায়ী সমধর্মী প্রোটনগুলো পরস্পর বিকর্ষিত হয়ে একে অপরের থেকে দূরে সরে যাবার কথা ছিলো, কিন্তু তারা কেন সহাবস্থানে আছে সেটার ব্যাখ্যা রাদারফোর্ড বা চ্যাডউইক কেউই দিতে পারেননি।

এই পর্যায়ে আমরা প্রকৃতিতে ক্রিয়াশীল মৌলিক বলগুলো নিয়ে একটু আলোচনায় আসতে পারি। প্রথম বলের আবিষ্কারক স্যার আইজ্যাক নিউটন। উনি ১৬৬৪ সালে মহাকর্ষ বল আবিষ্কার করেন। এটিই সবচেয়ে দুর্বলতম বল তবে এর পাল্লা বা প্রভাব-বলয় অসীম। এর কেবলমাত্র আকর্ষণ ক্ষমতা আছে। এরপর আছে বৈদ্যুতিক বল ও চৌম্বকীয় বল। পরে অবশ্য ১৯৭৮ সালে সালাম-ভাইনবার্গ বৈদ্যুতিক ও চৌম্বকীয় বলকে একটি অভিন্ন বল হিসাবে দেখাতে সক্ষম হন এবং এর নাম দেয়া হয় তড়িৎচুম্বকীয় বল। এটা আকর্ষণও করে আবার বিকর্ষণও করতে পারে।  যখন চ্যাডউইক এবং রাদারফোর্ড পরমাণুর কেন্দ্রে একই চার্জবিশিষ্ট প্রোটনের সহাবস্থানের ব্যাখ্যা দিতে পারেননি, তখন জাপানী বিজ্ঞানী হিডেকি ইউকাওয়া নিউক্লিয়াসে আরো এক ধরনের বলের অস্তিত্বের থাকার ব্যাপারে নিজের মত প্রকাশ করেন। ১৯৪৬ সালে তার এই অনুমান সঠিক প্রমাণিত হয়। দেখা যায় পরমাণুর নিউক্লিয়াসে আরো একধরনের বলের অস্তিত্ব আছে যেটা এতটাই শক্তিশালী যে প্রোটন প্রোটন বিকর্ষণ বলকেও অগ্রাহ্য করে সে একই চার্জযুক্ত প্রোটন ও নিউট্রনগুলোকে বেঁধে রাখতে পারে। অর্থাৎ নিশ্চিতভাবেই এই বল তড়িতচ্চুম্বকীয় বলের চেয়েও বেশী শক্তিশালী। এই বলের নাম দেয়া হল নিউক্লিয় বল। প্রকৃতপক্ষে এখন পর্যন্ত আবিষ্কৃক বলগুলোর মধ্যে সবচেয়ে শক্তিশালী বল নিউক্লিয় বল, তবে অন্য বলগুলোর মত এটার পাল্লা অতটা বড় নয়, অতীব ক্ষুদ্র। কেবলমাত্র নিউক্লিয়াসের মধ্যেই এই বল কাজ করতে পারে। নিউক্লিয় বলের দুটি ভাগ আছে, একটিকে বলা হয় সবল নিউক্লিয় বল ও দুর্বল নিউক্লিয় বল। তবে যেহেতু নিউক্লিয় বলের পাল্লা বা প্রভাব-বলয় অত্যন্ত ক্ষুদ্রাকায় সেকারনেই বেশি প্রোটন সমৃদ্ধ পরমাণুর ক্ষেত্রে স্থিতিশীলতা রক্ষা করা সম্ভব হয় না। এইজন্য নিউক্লিয়াস কিছু বিশেষ অবস্থা সৃষ্টির মাধ্যমে অধিকতর স্থিতিশীল হবার চেষ্টা করে, যাকে বলা হয় তেজস্ক্রীয়তা। যাদের পারমানবিক সংখ্যা ৮২’র অধিক তারাই তেজস্ক্রিয় পরমাণু। সবচেয়ে জনপ্রিয় উদাহরণ হল “ইউরেনিয়াম”।

তো নিউট্রন আবিষ্কারের পরে অনেকে ভেবেছিলেন সম্ভবত কণা-পদার্থবিদ্যার সমাপ্তি ঘটেছে। অনেকে ভেবেছিলেন, যেহেতু পরমাণু ইলেকট্রন প্রোটন ও নিউট্রন দ্বারা তৈরি তাই সম্ভবত এরাই মৌলিক কণা এবং এদেরকে হয়তো আর বিভাজিত করা যাবে না। কিন্তু দ্রুতগতির প্রোটন ও ইলেকট্রনের মধ্যে সংঘর্ষ ঘটিয়ে দেখা গেছে যে এরাও অবিভাজ্য নয় বরং এরা আরো ক্ষুদ্রতম কণা দিয়ে গঠিত। পদার্থবিজ্ঞানী মারে গিলম্যান এদের নামকরণ করেন “কোয়ার্ক”।

পদার্থবিদ মারে গিলম্যান

বৈশিষ্টের ভিন্নতার ভিত্তিতে কোয়ার্কদের ছয়টি ফ্লেভারে বা বিভাগে ভাগ করা হয়েছে যথা UP, Down, Strange, Charmed ও bottom. প্রত্যেক ফ্লেভারে আবার লাল, নীল, সবুজ এই তিন রংয়ের কোয়ার্ক আছে। বস্তুত কোয়ার্কের কোন রং বা ফ্লেভার নেই কেবলমাত্র একটা চিহ্ন বা বোঝার সুবিধার্থেই এই শব্দগুলো ব্যবহার করা হয়ে থাকে। দুটি UP ও একটি bottom কোয়ার্ক নিয়ে একটি প্রোটন বা দুটি bottom ও একটি UP কোয়ার্ক নিয়ে একটি নিউট্রন তৈরি হয়। আবার অনেকের মতে কোয়ার্কও অবিভাজ্য নয়। প্রিয়ন নামের একপ্রকার কণা দ্বারা তৈরি হয় কোয়ার্ক। যদিও প্রিয়ন নামের কণাটির অস্তিত্ব আজো পাওয়া যায়নি। তবে কোয়ার্করা ক্রিয়াশীল হয় অন্য একটি কণার প্রভাবে, যার নাম গ্লুওন।

কোয়ার্ক দিয়ে প্রোটন নিউট্রনের গঠন

মূলত ১৯৫০ সালের পরে পার্টিকেল এক্সিলারেটরের ও ডিটেক্টরের প্রভূত উন্নতি সাধিত হয়। এর ফলে ১৯৫০ থেকে ১৯৬০ সালের মধ্যে অনেক ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র কিছু ক্ষণস্থায়ী ও তুলনামূলক দীর্ঘস্থায়ী কণিকা আবিষ্কৃত হয়। বেশ কজন বিজ্ঞানী নতুন নতুন কণিকা শনাক্ত করে নোবেলও পেয়েছেন।   পার্টিকেল এক্সিলারেটর, বাংলায় যার অর্থ কণা-ত্বরক এটি এক ধরণের যন্ত্র যেটি তড়িৎচুম্বকীয় ক্ষেত্র ব্যবহার করে একটা কণাকে প্রায় আলোর গতির কাছাকাছি গতিতে গতিশীল করতে সক্ষম। তবে কণা পদার্থবিদ্যায় (particle Physics) পার্টিকেল এক্সিলারেটর মূলত ব্যবহার করা হয় সংঘর্ষকারী (collider) হিসেবে। যেমন সার্নের (C. E. R. N = European Organization for Nuclear Research) তৈরি L. H. C. (Large Hadron Collider) । এটি সবচেয়ে বড় পার্টিকেল এক্সিলারেটর। মাটির নিচে প্রায় ১৭৫ মিটার গভীরে থাকা ২৭ কিলোমিটার ব্যাপ্তির এই বিশাল যন্ত্র ফ্রান্স সুইজারল্যান্ডের সীমানায় স্থাপন করা হয়েছে।

সার্ণের লার্জ হ্যাড্রন কোলাইডারের একটি অংশ

পার্টিকেল এক্সিলারেটর ও সাথে বেশ কিছু পরীক্ষানিরীক্ষার মাধ্যমে (যেমন কসমিক রে) এখন পর্যন্ত একশোরও অধিক মৌলিক কণা আবিষ্কার করা সম্ভব হয়েছে। কিছু বৈশিষ্টের উপর ভিত্তি করে কণাগুলোকে ভাগ করা হয়। তবে শুধুমাত্র ভরের তারতম্যের উপর ভিত্তি করে আমরা কণাগুলোকে দুইভাগে ভাগ করতে পারি যথাঃ ১। লেপটন ২। হ্যাড্রন।

হ্যাড্রনরা অন্যসব কণিকার চেয়ে তুলনামূলক ভারী। হ্যাড্রন আবার ব্যারিয়ন (উদাহরণ- প্রোটন) এবং মেসন (উদাহরণ-পাইওন) এই দুইটি ভাগে বিভাজিত। এরা নিউক্লিয় বলের প্রভাবেই থাকে এবং কোয়ার্ক দিয়েই তৈরি। এখানে মেসন কিছুটা ভিন্নধর্মী কারণ এতে একটি কোয়ার্ক ও একটি প্রতি-কোয়ার্ক বা অ্যান্টি কোয়ার্ক থাকে। অন্যদিকে লেপটনরা দূর্বল নিউক্লিয় বলের প্রভাবে থাকে। লেপটনের মধ্যে সবচেয়ে উল্লেখযোগ্য দুটি কণিকা ইলেকট্রন ও নিউট্রিনো। ইলেকট্রনকে ভাঙা এখনও সম্ভব হয় নি। আর নিউট্রিনোকে কিছুদিন আগ পর্যন্তও ভরহীন ভাবা হলেও দেখা গেছে যে এদেরও যৎসামান্য ভর আছে। কয়েক বছর আগে একটা পরীক্ষায় নিউট্রিনো আলোর বেগের চেয়েও বেশী বেগে ধাবিত হবার কথা শোনা গেলেও পরে সেটা ভুল প্রমানিত হয়েছিলো।

আজ পর্যন্ত আবিষ্কৃত সকল কণিকাদের নিয়ে একটা সুশৃঙ্খল বিন্যাস করা করা হয়েছে, যা অনেকটাই পর্যায় সারণীর মতো দেখতে এবং তার নাম দেওয়া হয়েছে দ্যা স্ট্যান্ডার্ড মডেল। বহু বিজ্ঞানীর পরিশ্রমের ফসল স্ট্যান্ডার্ড মডেল এখন পর্যন্ত সবচেয়ে সফলতম বৈজ্ঞানিক বিষয়গুলোর একটি। এখনো পর্যন্ত ১৭ টি কণা এই মডেলে স্থান পেয়েছে । এটার একটা অংশে রাখা হয়েছে ফার্মিওনদের যারা মূলত পদার্থের গাঠনিক উপাদান হিসেবে কাজ করে (Matter Particle)। আরেকটি অংশ বোসনদের জন্য যারা মূলত বলের বাহক(Force Carirrer) হিসেবে কাজ করে।  সর্বশেষ ২০১২ সালে আবিষ্কৃত হিগস বোসন নামের কণা এই মডেলের একটি অমীমাংসিত  অংশকে পূরণ করেছে।

স্ট্যান্ডার্ড মডেল

প্রকৃতির তিনটা মৌলিক বল (সবল ও দুর্বল নিউক্লিও বল এবং তড়িৎচুম্বকীয় বল) কিভাবে কাজ করে বা করতে পারে তার সম্পর্কে একটা ভালো ধারণা দেয় স্ট্যান্ডার্ড মডেল । তবে এটি এখনো পর্যন্ত মহাকর্ষ বলের ব্যাখ্যার ক্ষেত্রে তেমন কোন গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা রাখতে পারেনি। তবুও এই মডেলকে কেন্দ্র করেই একটা একীভূত তত্ত্ব (Unified Field Theory) তৈরির চেষ্টা চলছে যেটা দিয়ে প্রকৃতির চারটা বলের সবকিছুই ব্যাখ্যা করা যাবে। আরেকটু সুন্দরভাবে বললে বলা যায় The Theory of Everything.

সুতরাং দেখা যাচ্ছে যে কণাদের নিয়ে আমাদের জ্ঞানটা প্রতিনিয়তই বিকশিত হচ্ছে। কে জানে আরো চমকপ্রদ কোন কিছু অপেক্ষা করছে আমাদের সামনে। সেটা আপাতত তোলা থাক সময়েরই হাতেই।

Comments

Md. Abdullah Al Zaman (Proyash)

লিখতে ভালোই লাগে। আর বিজ্ঞান নিয়ে লেখালেখির জন্য বিজ্ঞানযাত্রা একটা চমৎকার জায়গা। তবে নিয়মিত লেখালেখি করা হয়ে ওঠেনা। চেষ্টা করি তবুও।

আপনার আরো পছন্দ হতে পারে...

মন্তব্য বা প্রতিক্রিয়া জানান

সবার আগে মন্তব্য করুন!

জানান আমাকে যখন আসবে -
avatar
wpDiscuz