ল্যাবে আলো থেকে ম্যাটার ও এন্টি-ম্যাটার সৃষ্টি!

পদার্থবিজ্ঞানের ইতিহাসে দীর্ঘদিনের একটি তাত্ত্বিক ধারণার  যুগান্তকারী পরীক্ষামূলক প্রমাণ মিলেছে। মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের ব্রুকহেভেন ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি সহ বিশ্বের বিভিন্ন দেশের শীর্ষস্থানীয় গবেষণা প্রতিষ্ঠানের শত শত বিজ্ঞানীর সমন্বয়ে গঠিত আন্তর্জাতিক গবেষণা দল 'স্টার কলাবরেশন' (STAR Collaboration) এই ঐতিহাসিক সাফল্য অর্জন করেছে। এই দলটি প্রথমবারের মতো আলো থেকে সরাসরি ইলেকট্রন ও পজিট্রন অর্থাৎ ম্যাটার ও এন্টি-ম্যাটার তৈরি করেন এবং তা সফলভাবে পর্যবেক্ষণ ও বিশ্লেষণ করেছেন।

আজ থেকে প্রায় ৯২ বছর আগে, ১৯৩৪ সালে দুই বিখ্যাত পদার্থবিজ্ঞানী গ্রেগরি ব্রেট এবং জন হুইলার একটি তাত্ত্বিক ধারণা দিয়েছিলেন। তাঁদের মতে, দুটি আলোর কণা বা ফোটনের যদি প্রচণ্ড শক্তিতে একে অপরের সাথে সংঘর্ষ ঘটে, তবে সেই শক্তির সংঘাত থেকে পদার্থ (ম্যাটার) এবং প্রতি-পদার্থ (এন্টি-ম্যাটার) তৈরি হতে পারে। বিজ্ঞানের ভাষায় এই ঘটনাটিকে বলা হয় 'ব্রেট-হুইলার প্রক্রিয়া'। কিন্তু দশকের পর দশক ধরে বিজ্ঞানীরা এই এক্সপেরিমেন্টটি ল্যাবে সফলভাবে সম্পন্ন করতে ব্যর্থ হয়। 

সর্বশেষ STAR Collaboration এর বিজ্ঞানীরা যুক্তরাষ্ট্রের ব্রুকহেভেন ন্যাশনাল ল্যাবরেটরির একটি শক্তিশালী কণা ত্বরক যন্ত্রের ভেতর সোনার পরমাণুর ভারী  নিউক্লিয়াসগুলোকে আলোর গতির প্রায় সমান গতিতে একে অপরের পাশ দিয়ে ছুড়ে দেন। এই পরমাণুগুলো যখন অত্যন্ত বেগে একে অপরকে অতিক্রম করে, তখন তাদের চারপাশে একটি তীব্র তড়িৎ-চৌম্বকীয় ক্ষেত্র তৈরি হয়। আর সেই তীব্র তড়িৎ-চৌম্বকীয় ক্ষেত্র থেকেই ছুটে বের হয় তীব্র শক্তির আলোর কণা বা ফোটন।

এরপর আলোর এই কণাগুলো যখন নিজেরা মুখোমুখি সংঘর্ষে লিপ্ত হয়, তখন তাদের সংঘর্ষ থেকে থেকে জন্ম নেয় এক জোড়া নতুন কণা - একটি হলো ইলেকট্রন (পদার্থ বা ম্যাটার) এবং অন্যটি হলো পজিট্রন (তার প্রতিকণা বা এন্টি-ম্যাটার)। এই গবেষণায় বিজ্ঞানীরা অত্যন্ত নিখুঁতভাবে ঠিক এমন মোট ৬,০৮৫টি ইলেকট্রন-পজিট্রন জোড়া বা যুগল সফলভাবে শনাক্ত ও বিশ্লেষণ করেছেন।

এই যুগান্তকারী এক্সপেরিমেন্টটি প্রমাণ করে যে, আইনস্টাইনের বিখ্যাত E=mc^2 সমীকরণ কেবল তত্ত্বে সীমাবদ্ধ নয়, বরং উপযুক্ত পরিবেশে আলো মানে শক্তি সরাসরি পদার্থে রূপ নিতে পারে। একই সাথে এটি কোয়ান্টাম ইলেক্ট্রোডিনামিক্সের (QED) দীর্ঘদিনের তাত্ত্বিক পূর্বাভাসগুলোকে পরীক্ষামূলকভাবে শতভাগ নিশ্চিত করেছে। এছাড়াও এটি মহাবিশ্বের সূচনালগ্ন এবং মৌলিক কণার আচরণের রহস্য উন্মোচনে বিজ্ঞানীদের জন্য ভিত্তি হিসেবে কাজ করবে। 

তথ্যসূত্র (গবেষণাপত্র):

 Researchers: J. Adam et al. (STAR Collaboration), 

Title: "Measurement of e^+ e^- Momentum and Angular Distributions from Linearly Polarized Photon Collisions", 

Journal: Physical Review Letters 127, 052302 (2021).

 arXiv: arXiv:1910.12400.