CERN-এর আপগ্রেড ডিটেক্টর এক-এর মধ্যে-10-বিলিয়ন কণা ক্ষয়ের প্রমাণ খুঁজে পেয়েছে

একটি কণা যা প্রায় কখনই দুটি মিউনে পরিণত হয় না, অবশেষে প্রমাণ হিসাবে গণনা করার মতো যথেষ্ট শক্তিশালী সংকেত রেখে গেছে। চার দশকেরও বেশি সময় ধরে অনুসন্ধানের পর, CERN-এর LHCb সহযোগিতা তার নিজস্ব সংঘর্ষের ডেটাতে অসাধারণভাবে বিরল রূপান্তর চিহ্নিত করেছে। পদার্থবিদরা প্রাসঙ্গিক কণার প্রতি 10 বিলিয়ন ক্ষয়ের মধ্যে মাত্র একবার এটি আশা করেন।

ফলাফলটি বিডি নামক একটি নিরপেক্ষ বিউটি মেসনকে উদ্বিগ্ন করে, এটিও B0 লেখা। সহযোগিতাটি শারীরিক পর্যালোচনা X-এ জমা দেওয়া একটি প্রিপ্রিন্টে এর বিশ্লেষণ বর্ণনা করে। এর পরিসংখ্যানগত শক্তি একটি আবিষ্কারের চেয়ে কম, এবং পরিমাপগুলি একটি অপ্রত্যাশিত কণাকে প্রকাশ করার পরিবর্তে বিদ্যমান তত্ত্বের সাথে একমত।

লিভারপুল ইউনিভার্সিটি এবং ইউনিভার্সিটি অফ ম্যানচেস্টারের গুরুত্বপূর্ণ অবদান সহ একটি আন্তর্জাতিক ডিটেক্টর আপগ্রেডের উপর কৃতিত্ব নির্ভর করে। তাদের কাজ LHCb কে দ্রুত সংঘর্ষ রেকর্ড করতে এবং ক্ষণস্থায়ী কণার যাত্রাকে আরও সুনির্দিষ্টভাবে পুনর্গঠন করতে সাহায্য করেছে। একসাথে, এই উন্নতিগুলি একটি ব্যতিক্রমী অস্পষ্ট সংকেতকে আশেপাশের কার্যকলাপ থেকে আলাদা করা সহজ করে তুলেছে।

LHCb বিউটি কোয়ার্ক ধারণকারী কণা অধ্যয়ন করে, সাধারণ পদার্থে পাওয়া আপ এবং ডাউন কোয়ার্কের ভারী আত্মীয়। লার্জ হ্যাড্রন কোলাইডারের ভিতরে উচ্চ-শক্তির সংঘর্ষের সময় এই কণাগুলি তৈরি হয়। অন্যান্য কণাতে রূপান্তরিত হওয়ার আগে তারা শুধুমাত্র সংক্ষিপ্তভাবে বেঁচে থাকে, যা অবশিষ্ট থেকে তাদের পরিচয় পুনর্গঠন করতে গবেষকদের ছেড়ে দেয়।

তদন্তাধীন ক্ষয়ের মধ্যে, চূড়ান্ত পণ্যগুলি একটি মিউন এবং এর প্রতিকণা। মিউন ইলেকট্রনের মতো কিন্তু ভারী। গুরুত্বপূর্ণ পরিমাণ হল ব্রাঞ্চিং ভগ্নাংশ, সম্ভাব্যতা যে একটি কণা অন্যটির পরিবর্তে একটি নির্দিষ্ট ক্ষয়ের পথ অনুসরণ করে।

স্ট্যান্ডার্ড মডেল পরিচিত মৌলিক কণা এবং তাদের ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক, দুর্বল এবং শক্তিশালী মিথস্ক্রিয়া বর্ণনা করে। এটি একটি শক্তিশালী কাঠামো, কিন্তু প্রকৃতির একটি সম্পূর্ণ অ্যাকাউন্ট নয়। মাধ্যাকর্ষণ এর বাইরে রয়েছে এবং মহাবিশ্বকে পূর্ণ করে এমন বিষয় সম্পর্কে গুরুত্বপূর্ণ প্রশ্ন থেকে যায়।

স্ট্যান্ডার্ড মডেল ভবিষ্যদ্বাণী করে যে এই রুটটি অত্যন্ত অসম্ভাব্য। এই বিরলতা এটিকে মূল্যবান করে তোলে কারণ অতিরিক্ত কণা কোয়ান্টাম প্রভাবের মাধ্যমে এর সম্ভাবনাকে প্রভাবিত করতে পারে। এই ধরনের কণাগুলি সরাসরি কোলাইডারে উত্পাদন করতে খুব ভারী হতে পারে, তবুও পরিচিত কণাগুলি কীভাবে আচরণ করে তা এখনও পরিবর্তন করে।

এটি সংঘর্ষে নতুন কণা তৈরির প্রচেষ্টার পাশাপাশি একটি পরোক্ষ অনুসন্ধান কৌশল তৈরি করে। পদার্থবিদরা একটি তাত্ত্বিক ভবিষ্যদ্বাণীর সাথে একটি পরিমাপিত ক্ষয় সম্ভাবনার তুলনা করে এবং কোনো অমিল পরীক্ষা করে। চুক্তিটিও গুরুত্বপূর্ণ, যেহেতু এটি সীমাবদ্ধ করে যে কতটা দৃঢ়ভাবে অনুমানমূলক কণাগুলি প্রক্রিয়াটিকে প্রভাবিত করতে পারে।

আপগ্রেড করা পরীক্ষায় রয়েছে ভার্টেক্স লোকেটার, বা VELO, লিভারপুল দল দ্বারা একত্রিত একটি সিলিকন পিক্সেল ডিটেক্টর। এটি LHC বিম থেকে মাত্র পাঁচ মিলিমিটার দূরে অবস্থিত। সেই অবস্থান থেকে, এটি সংঘর্ষ থেকে উদ্ভূত কণাগুলিকে ট্র্যাক করতে এবং স্বল্পস্থায়ী কণাগুলি কোথায় ক্ষয় হয় তা সনাক্ত করতে সহায়তা করে।

এই অবস্থানগুলি কি ঘটেছে সে সম্পর্কে প্রয়োজনীয় সূত্র প্রদান করে। গবেষকদের একটি কণার উৎপাদন বিন্দুকে আলাদা করতে হবে যেখানে এটি কন্যা কণাতে রূপান্তরিত হয়েছে। VELO সুনির্দিষ্ট ট্র্যাকিং তথ্য সরবরাহ করে যা বিস্তৃত পরীক্ষাকে অনেক ওভারল্যাপিং সংকেতের মধ্যে এই ক্রমটি পুনর্গঠনে সহায়তা করে।

লিভারপুল পদার্থবিদ তারা শিয়ার্স, এলএইচসিবি-ইউকে মুখপাত্র, ডিটেক্টরটি তৈরি করা কর্মীদের কৃতিত্ব দিয়েছেন। তিনি ফলাফলটিকে তাদের দক্ষতা এবং কারুকার্যের প্রমাণ হিসাবে বর্ণনা করেছেন। সুবিধাটি সহযোগিতা জুড়ে প্রসারিত কারণ গবেষকরা বিভিন্ন প্রক্রিয়া বিশ্লেষণ করে একই সুনির্দিষ্ট ট্র্যাকিং পরিমাপ ব্যবহার করতে পারেন।

ম্যানচেস্টার গবেষকরাও আন্তর্জাতিক প্রকল্পে আবিষ্কারক প্রযুক্তি এবং নির্মাণ দক্ষতার অবদান রেখেছেন। স্টেফানো ডি ক্যাপুয়া, যিনি সেখানে ডিটেক্টর নির্মাণের নেতৃত্ব দিয়েছেন, বলেছেন এই প্রচেষ্টায় যুক্তরাজ্যের প্রায় 90 টি কোম্পানি জড়িত। ক্রিস পার্কস আপগ্রেড নির্মাণ এবং নতুন ফলাফলের অনুমোদনের মাধ্যমে সহযোগিতার নেতৃত্ব দেন।

আপগ্রেড LHCb এর আগের হারে পাঁচগুণ পর্যন্ত ডেটা সংগ্রহ করতে দেয়। বর্ধিত রেকর্ডিং ক্ষমতা বিশেষ করে গুরুত্বপূর্ণ যখন লক্ষ্য ক্ষয় খুব কমই ঘটে। একই আপগ্রেড করা পরীক্ষাটি স্বল্পস্থায়ী কণার অন্যান্য তদন্তকেও সমর্থন করে, এই বিশ্লেষণের বাইরে আবিষ্কারক উন্নতিগুলিকে উপযোগী করে তোলে।

সহযোগিতাকে তাই এর পরিমাপের পরিমাণ এবং উপযোগিতা উভয়ই উন্নত করতে হবে। আরও সংঘর্ষ কাঙ্খিত প্রক্রিয়ার জন্য আরও সম্ভাবনা প্রদান করে, যখন সুনির্দিষ্ট ট্র্যাকিং গবেষকদের সেই সম্ভাবনাগুলি ব্যাখ্যা করতে সহায়তা করে। কোনো কাজই অন্যটিকে প্রতিস্থাপন করে না যখন ক্ষয়প্রাপ্তির একটি ক্ষুদ্র অংশ চাওয়া হচ্ছে পথ অনুসরণ করে।

একা গতি একটি বিরল ক্ষয় স্থাপন করে না। অন্যান্য প্রক্রিয়াগুলি এমন সংকেত তৈরি করতে পারে যা পছন্দসই ফলাফলের সাথে সাদৃশ্যপূর্ণ, পদার্থবিদরা যাকে পটভূমি বলে তা তৈরি করে। উন্নত কণা শনাক্তকরণ এবং মেশিন-লার্নিং কৌশল দলটিকে প্রার্থীর ক্ষয় ধরে রাখার সময় এই পটভূমিকে দমন করতে সাহায্য করেছে।

নতুন বিশ্লেষণে 2024 এবং 2025 সালে রেকর্ড করা প্রোটন সংঘর্ষ ব্যবহার করা হয়েছে। শুধুমাত্র এই ডেটাগুলি তিনটি মানক বিচ্যুতি বা তিনটি সিগমায় প্রমাণ তৈরি করেছে। পূর্ববর্তী LHCb পরিমাপের সাথে তাদের একত্রিত করা তাত্পর্যকে 3.2 সিগমায় উন্নীত করেছে, যা প্রচলিত প্রমাণ থ্রেশহোল্ডের উপরে কিন্তু আবিষ্কারের স্তরের নীচে।

পাঁচটি সিগমা কণা পদার্থবিজ্ঞানে একটি আবিষ্কার দাবি করার জন্য মানদণ্ড হিসাবে রয়ে গেছে। পার্থক্যটি প্রতিফলিত করে যে কীভাবে একটি আপাত সংকেতকে পটভূমির ওঠানামা থেকে আলাদা করা যায়। এর মানে এই নয় যে গবেষকরা 3.2-সিগমা তাত্পর্য সহ একটি নতুন শক্তি খুঁজে পেয়েছেন; প্রমাণ ক্ষয় নিজেই উদ্বিগ্ন.

শব্দগুচ্ছ “প্রথম প্রমাণ” একটি গুরুত্বপূর্ণ যোগ্যতা প্রয়োজন. LHCb এবং CMS-এর পূর্ববর্তী যৌথ বিশ্লেষণ, নেচারে রিপোর্ট করা হয়েছে, ইতিমধ্যেই Bd ক্ষয়ের পরামর্শ দিয়েছে। পরবর্তী পরিমাপগুলি সেই ইঙ্গিতটি নিশ্চিত করেনি, তাই নতুন মাইলফলকটি বিশেষভাবে একটি একক পরীক্ষার প্রথম প্রমাণ।

সেই আগের সহযোগিতাটি একটি সম্পর্কিত প্রক্রিয়াও প্রতিষ্ঠা করেছিল, Bs ক্ষয় হয়ে দুটি মিউনে পরিণত হয়েছিল। Bs এবং Bd হল আলাদা বিউটি মেসন, এবং Bs রুট প্রায়ই ঘটে। উভয়ের পরিমাপ প্রতিটি সৌন্দর্য-কণা ক্ষয়কে বিনিময়যোগ্য হিসাবে বিবেচনা করার পরিবর্তে তত্ত্ব পরীক্ষা করার পরিপূরক উপায় সরবরাহ করে।

সর্বশেষ বিশ্লেষণটি Bs ক্ষয়ের সম্ভাবনা এবং কার্যকর জীবনকালের এখনও পর্যন্ত সবচেয়ে সুনির্দিষ্ট পরিমাপ তৈরি করেছে। উভয় পরিমাণ স্ট্যান্ডার্ড মডেল প্রত্যাশার সাথে একমত। লাইফটাইম পরিমাপ তথ্য যোগ করে কারণ সম্ভাব্য নতুন মিথস্ক্রিয়া একইভাবে ক্ষয়ের প্রতিটি সম্পত্তি পরিবর্তন করতে হবে না।

আপাতত, পরিমাপগুলি একটি দ্বন্দ্ব প্রতিষ্ঠার পরিবর্তে সীমাবদ্ধতাগুলিকে শক্ত করে। তারা অনাবিষ্কৃত কণা জড়িত কিছু ব্যাখ্যা উপলব্ধ রুম সংকীর্ণ. নতুন পদার্থবিজ্ঞানের জন্য অন্যান্য অনুসন্ধানের মতো, উপসংহারটি বিদ্যমান তত্ত্বের প্রতিটি সম্ভাব্য সম্প্রসারণ বাদ দেওয়ার পরিবর্তে পরীক্ষাটি কী পরীক্ষা করতে পারে তার জন্য প্রযোজ্য।

গবেষকরা এই সুযোগটিকে “জেপটোভার্স” অনুসন্ধানের হিসাবে বর্ণনা করেছেন, যা এক মিটারের এক ট্রিলিয়ন ভাগের এক বিলিয়ন ভাগের কাছাকাছি দূরত্বকে উল্লেখ করে। এটি এমন একটি স্কেল যেখানে অজানা পদার্থবিদ্যা পরোক্ষ প্রভাব ফেলে। ডিটেক্টর একটি লুকানো রাজ্যের ছবি তুলছে না বা দৃশ্যমান বস্তু হিসাবে ক্ষুদ্র কণার সমাধান করছে না।

এর কাজ হল অপরিচিত প্রভাবগুলি প্রকাশ করার জন্য যথেষ্ট সঠিকভাবে পরিচিত প্রক্রিয়াগুলি পরিমাপ করা। এর জন্য তুলনার জন্য নির্ভরযোগ্য ভবিষ্যদ্বাণী সহ কণা সংঘর্ষের ক্রমবর্ধমান বিশদ পুনর্গঠন প্রয়োজন। বর্তমান ফলাফল দেখায় কিভাবে যন্ত্রের উন্নতিগুলি অবিলম্বে একটি তাত্ত্বিক বিস্ময় তৈরি না করে সেই পদ্ধতিকে প্রসারিত করতে পারে।

ম্যানচেস্টারের পদার্থবিদ কনর ফিটজপ্যাট্রিক ক্ষয়কে বর্তমান জ্ঞানের বাইরে প্রভাব তদন্তের জন্য একটি প্রতিশ্রুতিশীল পথ বলে অভিহিত করেছেন। উদ্দেশ্য হল অধরা সংকেতকে একটি নির্ভরযোগ্য নির্ভুল পরিমাপে পরিণত করা। এই পদক্ষেপের জন্য বর্তমান ফলাফলের জন্য একটি শক্তিশালী লেবেলের পরিবর্তে আরও প্রমাণ প্রয়োজন।

আরও ডেটা পরীক্ষাকে শক্তিশালী করতে হবে এবং Bd সংকেত আবিষ্কারের তাত্পর্য পৌঁছেছে কিনা তা নির্ধারণ করতে হবে। আরও একটি পরিকল্পিত LHCb আপগ্রেড 10-এর অন্য একটি ফ্যাক্টর দ্বারা সংগ্রহের হার বৃদ্ধি করতে পারে। পরবর্তী চ্যালেঞ্জ হল ক্ষয় নিশ্চিত করা, তারপর একটি অদৃশ্য প্রভাব বিদ্যমান কিনা তা জানার জন্য এর ফ্রিকোয়েন্সি সঠিকভাবে পরিমাপ করা।

এই সংস্থানগুলি আবিষ্কারক আপগ্রেড, পূর্ববর্তী মাইলফলক এবং অনুসন্ধানের পিছনে তত্ত্ব ব্যাখ্যা করে।

স্ট্যান্ডার্ড মডেল
CERN এই পরিমাপ পরীক্ষা তত্ত্ব দ্বারা বর্ণিত কণা এবং মিথস্ক্রিয়া পরিচয় করিয়ে দেয়। (CERN)