40 বছরেরও বেশি সময় ধরে অনুসন্ধানের পর, CERN-এর পদার্থবিদরা বিরলতম পরিচিত কণার ক্ষয়গুলির একটির সন্ধানে একটি বড় মাইলফলক পৌঁছেছেন। এলএইচসিবি পরীক্ষার সাথে কাজ করা গবেষকরা প্রায় 10 বিলিয়ন সৌন্দর্য কণার ক্ষয়ের মধ্যে একবারই ঘটতে পারে এমন একটি প্রক্রিয়ার প্রমাণ সনাক্ত করেছেন।
CERN-এ একটি সেমিনারে ঘোষিত এই ফলাফল, প্রথমবারের মতো একটি একক পরীক্ষা এই অসাধারণ বিরল ঘটনার জন্য যথেষ্ট প্রমাণ তৈরি করেছে। এর বিরলতার বাইরে, ক্ষয়টি বিশেষভাবে মূল্যবান কারণ এটি বিজ্ঞানীদের এমন কণা তদন্ত করতে সাহায্য করতে পারে যা সরাসরি লার্জ হ্যাড্রন কোলাইডারে তৈরি করা যায় না।
আবিষ্কারের কেন্দ্রে বি নামক একটি কণা রয়েছেdযেটিতে একটি বিউটি কোয়ার্ক এবং একটি ডাউন অ্যান্টিকোয়ার্ক রয়েছে। বিজ্ঞানীরা প্রমাণ পেয়েছেন যে এই কণাটি একজোড়া মিউয়নে পরিণত হতে পারে (মি+মি–) Muons ইলেকট্রনের মতই কিন্তু ভর বেশি। ফলাফলগুলি স্ট্যান্ডার্ড মডেলের ভবিষ্যদ্বাণীগুলির সাথে একমত, প্রধান তত্ত্ব যা মৌলিক কণা এবং তাদের মিথস্ক্রিয়া বর্ণনা করে এবং এর বাইরে নতুন কণাগুলির সম্ভাবনাকে সংকুচিত করতে সহায়তা করে।
কেন বিরল কণার ক্ষয় নতুন পদার্থবিদ্যা প্রকাশ করতে পারে
পদার্থবিজ্ঞানীরা এই অস্বাভাবিক ক্ষয়গুলিতে এত আগ্রহী হওয়ার একটি কারণ হল কোয়ান্টাম প্রভাবগুলি অন্যান্য কণাগুলিকে কীভাবে ঘটে তা প্রভাবিত করতে দেয়। এমনকি লার্জ হ্যাড্রন কোলাইডারে উত্পাদিত হওয়ার মতো ভারী কণাগুলিও এই প্রক্রিয়াগুলির হারে সূক্ষ্ম চিহ্ন রেখে যেতে পারে।
উচ্চ নির্ভুলতার সাথে অত্যন্ত বিরল ক্ষয় পরিমাপ করে, গবেষকরা পরীক্ষামূলক ফলাফল এবং তাত্ত্বিক ভবিষ্যদ্বাণীগুলির মধ্যে পার্থক্য দেখতে পারেন। এই ধরনের অমিল পূর্বে অজানা কণার পরোক্ষ প্রমাণ প্রদান করতে পারে। সাধারণত, ক্ষয় যত বিরল হয়, এই লুকানো প্রভাবগুলির প্রতি এটি তত বেশি সংবেদনশীল হতে পারে।
বি নামে পরিচিত ক্ষয়d → মি+মি–একটি বিশেষ বিভাগের অন্তর্গত যে পদার্থবিজ্ঞানীরা স্ট্যান্ডার্ড মডেলের বাইরে পদার্থবিজ্ঞানের তদন্তের জন্য দীর্ঘকাল ধরে ‘গোল্ডেন চ্যানেল’ বিবেচনা করেছেন। এই প্রক্রিয়া চলাকালীন, একটি বিউটি কোয়ার্ক এবং বিপরীত বৈদ্যুতিক চার্জ সহ একটি অ্যান্টিকোয়ার্ক একে অপরকে ধ্বংস করে। তাদের শক্তি একটি মিউন এবং এর প্রতিকণাতে রূপান্তরিত হয়।
বিজ্ঞানীরা পূর্বে বি নামক একটি ভিন্ন সৌন্দর্য কণা জড়িত একটি সম্পর্কিত প্রক্রিয়া পর্যবেক্ষণ করেছেনs. 2015 সালে, LHCb এবং CMS সহযোগিতার যৌথ বিশ্লেষণে B এর প্রথম নিশ্চিত পর্যবেক্ষণের কথা জানানো হয়েছিলs → মি+মি–অনেক বিরল বি-এর প্রাথমিক প্রমাণ সহd ক্ষয়
যাইহোক, 2018 এর মাধ্যমে সংগৃহীত ডেটা অন্তর্ভুক্ত করে পরবর্তী বিশ্লেষণগুলি B এর পূর্ববর্তী প্রমাণগুলি নিশ্চিত করতে পারেনিd → মি+মি–. বিরলতার পার্থক্য যথেষ্ট। বিs প্রতি বিলিয়ন সৌন্দর্য কণার ক্ষয় প্রায় তিনবার হয়, যখন বিd প্রক্রিয়াটি প্রায় 30 গুণ কম ঘন ঘন ঘটবে বলে অনুমান করা হয়।
আপগ্রেড করা CERN ডিটেক্টর ব্রেকথ্রুকে সম্ভব করে তোলে
এলএইচসিবি পরীক্ষার একটি উল্লেখযোগ্য উন্নতি গবেষকদের এই ধরনের বিরল ঘটনা সনাক্ত করার বিশাল অসুবিধা কাটিয়ে উঠতে সাহায্য করেছে।
একটি বড় আপগ্রেডের পর, পরীক্ষাটি 2024 সালে 2010 থেকে 2018 সালের মধ্যে অর্জিত হারের পাঁচগুণে ডেটা সংগ্রহ করা শুরু করে। আপগ্রেড করা ডিটেক্টরটি বিভিন্ন ধরণের কণা শনাক্ত করার ক্ষেত্রে আরও ভাল হয়ে ওঠে, গবেষকদের সংঘর্ষের সময় উত্পাদিত কার্যকলাপের একটি পরিষ্কার ছবি দেয়।
দলটি এই উন্নতিগুলিকে মেশিন লার্নিং কৌশলগুলির সাথে একত্রিত করেছে যাতে বিপুল সংখ্যক অন্যান্য কণা প্রক্রিয়া থেকে ব্যতিক্রমী বিরল সংকেতগুলিকে আলাদা করা যায়। এই অগ্রগতি না থাকলে, বিজ্ঞানীরা যে ঘটনাগুলি অধ্যয়ন করতে চেয়েছিলেন তা পটভূমিতে অভিভূত হয়ে যেত।
“পদার্থবিদরা চল্লিশ বছরেরও বেশি সময় ধরে এই ক্ষয়কে অনুসরণ করে চলেছেন,” মার্কো সান্তিমারিয়া বলেছেন, যিনি 19 জন বিজ্ঞানীর আন্তর্জাতিক বিশ্লেষণ দলের সহ-নেতৃত্ব করেছিলেন৷ “অপ্রতিরোধ্য পটভূমি থেকে মিউনগুলি বাছাই করার জন্য চরম নির্ভুলতা প্রয়োজন।”
চার দশকের অনুসন্ধান অবশেষে শক্তিশালী প্রমাণ তৈরি করে
কণা পদার্থবিদ্যায়, বিজ্ঞানীরা একটি পরিসংখ্যানগত পরিমাপ ব্যবহার করেন যাকে স্ট্যান্ডার্ড বিচ্যুতি বলে।
একটি নতুন ঘটনার প্রমাণ হিসাবে যোগ্যতা অর্জনের জন্য একটি ফলাফলকে অবশ্যই তিনটি মানক বিচ্যুতিতে পৌঁছাতে হবে। সেই স্তরে, এলোমেলো ওঠানামার সম্ভাবনা অন্তত পরিসংখ্যানগতভাবে চরম হিসাবে একটি সংকেত তৈরি করে প্রায় 0.3%।
2024 এবং 2025 এর মধ্যে সংগৃহীত ডেটা ব্যবহার করে, LHCb গবেষকরা B এর প্রমাণ সনাক্ত করেছেনd → মি+মি– 3.0 স্ট্যান্ডার্ড বিচ্যুতির একটি তাত্পর্য যখন তারা সেই পরিমাপগুলিকে 2011 এবং 2018 সালের মধ্যে সংগৃহীত পূর্ববর্তী ডেটার সাথে একত্রিত করে, তখন পরিসংখ্যানগত তাত্পর্য 3.2 স্ট্যান্ডার্ড বিচ্যুতিতে বৃদ্ধি পায়, যা প্রমাণের জন্য ব্যাপকভাবে গৃহীত থ্রেশহোল্ডকে অতিক্রম করে।
একই তদন্তটি সম্পর্কিত বি এর জন্য প্রাপ্ত সবচেয়ে সুনির্দিষ্ট পরিমাপও তৈরি করেছেs → মি+মি–ক্ষয়, এই ব্যতিক্রমী অস্বাভাবিক প্রক্রিয়া সম্পর্কে অতিরিক্ত তথ্য প্রদান করে।
যদিও নতুন অনুসন্ধানগুলি একটি বড় কৃতিত্বের প্রতিনিধিত্ব করে, পদার্থবিজ্ঞানীরা এখনও নিশ্চিত পর্যবেক্ষণ ঘোষণা করার জন্য প্রয়োজনীয় প্রান্তিকে পৌঁছেনি। এই মাইলফলকের জন্য পাঁচটি মানক বিচ্যুতির তাৎপর্য প্রয়োজন।
যদি ভবিষ্যতের পরিমাপ নিশ্চিততার সেই স্তরটি অর্জন করে, Bd → মি+মি–কখনও পরিলক্ষিত বিরল সৌন্দর্য কণা ক্ষয় হয়ে যাবে.
ভবিষ্যত লার্জ হ্যাড্রন কোলাইডার আপগ্রেড লুকানো কণা উন্মোচন করতে পারে
গবেষকরা এই পরিমাপগুলিকে আরও শক্তিশালী করতে লার্জ হ্যাড্রন কোলাইডারে আসন্ন উন্নতি আশা করছেন।
হাই লুমিনোসিটি এলএইচসি, যা হাইলুমি এলএইচসি নামেও পরিচিত, 2030 সালে কাজ শুরু করার কথা রয়েছে। পরবর্তী দশকের মাঝামাঝি সময়ে এলএইচসিবি পরীক্ষায় আরেকটি বড় আপগ্রেড করার পরিকল্পনা করা হয়েছে। একসাথে, এই উন্নয়নগুলি শেষ পর্যন্ত পরীক্ষার ডেটা সংগ্রহের হারকে দশের আরেকটি ফ্যাক্টর দ্বারা বৃদ্ধি করতে পারে।
অনেক বড় ডেটাসেট সংগ্রহ করা পদার্থবিদদের এই অত্যন্ত বিরল ক্ষয়গুলির আরও বেশি সনাক্ত করতে এবং তাদের বৈশিষ্ট্যগুলিকে আরও নির্ভুলতার সাথে পরিমাপ করতে দেয়। যে বর্ধিত সংবেদনশীলতা বিদ্যমান ত্বরণকারীদের সরাসরি নাগালের বাইরে থাকা কণাগুলির সাথে সম্পর্কিত সূক্ষ্ম প্রভাবগুলি সনাক্ত করা সম্ভব করে তুলতে পারে।
“এই বিরল ক্ষয়ের প্রমাণ দেখা অবিশ্বাস্যভাবে উত্তেজনাপূর্ণ, LHC এর সরাসরি নাগালের বাইরে অনুসন্ধানের নতুন সম্ভাবনার দ্বার উন্মোচন করে,” হ্যারি ক্লিফ ব্যাখ্যা করেছেন, LHCb-এর বিরল ক্ষয়ের আহ্বায়ক এবং বিশ্লেষণ সহ-লিড৷
“ভবিষ্যত এলএইচসিবি আপগ্রেড আমাদের এই ক্ষয়গুলির আরও অনেকগুলি পর্যবেক্ষণ করতে দেয়, অনাবিষ্কৃত কণাগুলির প্রতি আরও বেশি সংবেদনশীলতা প্রদান করে।”
পদার্থবিদদের জন্য যারা চার দশকেরও বেশি সময় ধরে এই অধরা সংকেত অনুসরণ করেছেন, নতুন প্রমাণ একটি দীর্ঘ প্রতীক্ষিত অগ্রগতির প্রতিনিধিত্ব করে। এটি কণা পদার্থবিদ্যার পরিচিত আইনগুলি অনেক বড় ছবির অংশ কিনা তা তদন্ত করার একটি প্রতিশ্রুতিবদ্ধ উপায়ও সরবরাহ করে।
