2.6 સિગ્મા : 250 વૈજ્ઞાનિકો, એક ઓર્કેસ્ટ્રા અને બ્રહ્માંડનું અધૂરું ગીત?

• ફયુચર સાયન્સ-કે.આર.ચૌધરી
• ઝ્વિકીના ૯૦ વર્ષ જૂના સવાલનો જવાબ ક્યાં છુપાયો છે?

દ ક્ષિણ ડાકોટાની ભૂમિની નીચે, આશરે એક માઈલ જેટલા અંધારા પેટાળમાં, સેનફોર્ડ ભૂગર્ભ સંશોધન સંસ્થા આવેલી છે. સપાટીથી છેક ઊંડે, જ્યાં પૃથ્વીનું ધબકતું જીવન અને દિવસ-રાતનો કોઈ તફાવત વર્તાતો નથી, ત્યાં માનવ ઇતિહાસની સૌથી શાંત અને સૌથી ધીરજવાન વૈજ્ઞાનિક તપાસ ચાલી રહી છે. લગભગ ૧૦ ટન અતિ શુદ્ધ પ્રવાહી ઝેનોન વાયુથી ભરેલું એક મહાકાય ડિટેક્ટર વર્ષોથી અત્યંત સતર્કતા સાથે, માત્ર એક અણસારની રાહ જોઈને બેઠું છે. વૈજ્ઞાનિકોની પરિભાષામાં કહીએ તો, આ કોઈ સામાન્ય યંત્ર નથી, પરંતુ એ એક વિશાળ, અતિ સંવેદનશીલ કાન સમાન છે. એક એવો કાન, જે સમગ્ર બ્રહ્માંડના સૌથી ધીમા, સૌથી ક્ષીણ અને રહસ્યમય અવાજને સાંભળવા માટે દિવસ-રાત મથી રહ્યો છે. આપણા વૈજ્ઞાનિકો પણ માત્ર ગુરુત્વાકર્ષણની અસર પરથી, આ સમગ્ર વિશ્વનિર્માણના અદ્રશ્ય પાયાને પારખવાની કોશિશ કરી રહ્યા છે. આપણને જે પદાર્થ નજરે ક્યારેય ચડતો નથી, તે જ હકીકતમાં, સમગ્ર બ્રહ્માંડમાં સૌથી વધુ વિપુલ પ્રમાણમાં વ્યાપ્ત છે. આ અદ્રશ્ય સૃષ્ટિનો તાગ મેળવવા રચાયેલા લક્સ-ઝેપ્લિન, અથવા ટૂંકમાં એલઝેડ નામનો પ્રયોગ ચાલી રહ્યો છે. તાજેતરમાં અહીં એક અસામાન્ય ઘટના નોંધાઈ છે. આ આખીય મથામણ પાછળનો નાયક છે : એક અનોખો કણ એટલે કે 'ડાર્ક મેટરનો કણ.'

બ્રહ્માંડનો અદ્રશ્ય ૮૫ ટકા હિસ્સો

'બ્રહ્માંડના કુલ દ્રવ્યના લગભગ ૮૫ ટકા જેટલા અગાધ હિસ્સાનું નિર્માણ ડાર્ક મેટર કરે છે.' છતાં આજ દિન સુધી માનવજાતમાંથી કોઈએ તેને પ્રત્યક્ષ રીતે જોયું નથી.' જો સેનફોર્ડની ખાણમાં નોંધાયેલી, આ ઘટના સંપૂર્ણપણે સાચી સાબિત થઈ જાય, તો તે આધુનિક ભૌતિકશાસ્ત્રનું સદીઓ જૂનું સૌથી ગૂઢ રહસ્ય ઉકેલી નાખશે. આ રહસ્યમય કણને પામવા પાછળ વૈજ્ઞાનિક સંઘર્ષ અને જિજ્ઞાસાનો કેવો અદ્ભુત ઐતિહાસિક વારસો છુપાયેલો છે? તે જાણવું રોમાંચક છે. આ સંઘર્ષની કથા લગભગ ૯૦ વર્ષ જેટલી જૂની છે. સમયના ચક્રને પાછળ ફેરવીએ તો, ૧૯૩૦ના દાયકામાં સ્વિસ ખગોળશાસ્ત્રી ફ્રિટ્ઝ ઝ્વિકી આકાશ તરફ નજર માંડીને, તારાવિશ્વોના વિશાળ સમૂહની ગતિ માપી રહ્યા હતા. અવલોકનો નોંધતાં તેમને એક ચોંકાવનારો ખ્યાલ આવ્યો કે 'આ તારાવિશ્વોની વિશાળ સમૂહની ગતિ, તેમની ગણતરી મુજબ હોવી જોઈએ. પરંતુ તારાવિશ્વો તેમની ગણતરી કરતાં ઘણી વધુ તોફાની ઝડપે ઘૂમી રહ્યા હતા. સામાન્ય નિયમ એવો કહે છે કે 'જો ત્યાં માત્ર આપણી આંખે દેખાતું દ્રવ્ય જ હાજર હોય, તો આટલી અસાધારણ ઝડપે ફરતાં તમામ તારાવિશ્વો, ક્યારનાય અંતરીક્ષમાં વિખેરાઈ જવા જોઈતા હતા.' જેમ વહેતા પવનના આધાર વગર, કોઈ પતંગ આકાશમાં સ્થિર ટકી શકતો નથી, તેમ કોઈ પ્રચંડ વધારાના ગુરુત્વાકર્ષણ બળ વિના આ તારાવિશ્વો અંતરીક્ષમાં ક્યારેય સ્થિર રહી શકે નહીં. આ અણદેખ્યા બળના સ્ત્રોતને ઓળખાવવા, ઝ્વિકીએ તે સમયે જર્મન શબ્દ 'ડન્કલ મટીરી' પ્રયોજ્યો હતો. જેનો સાદો અર્થ થાય છે 'અદ્રશ્ય દ્રવ્ય'. ૧૯૭૦ના દાયકામાં અમેરિકન મહિલા ખગોળશાસ્ત્રી વેરા રુબિનના અથાક સંશોધનોએ વિસરાઈ ગયેલા ફ્રિટ્ઝ ઝ્વિકીનાં સિદ્ધાંતને અતૂટ સમર્થન પૂરું પાડયું. રુબિને ચોકસાઈપૂર્વક દર્શાવ્યું કે 'તારાવિશ્વોની છેવાડાની ધારે આવેલા તારાઓ પણ કેન્દ્રની નિકટ આવેલા તારાઓ જેટલી જ પ્રચંડ ઝડપથી ભ્રમણ કરી રહ્યા હતા.

ઝ્વિકીના ૯૦ વર્ષના કોયડાનો ઉકેલ?

ડાર્ક મેટરનો કોઈ એક અદ્રશ્ય કણ પ્રવાહી ઝેનોનના પરમાણુ સાથે ટકરાય ત્યારે પ્રવાહી ઝેનોનમાં થોડો પ્રકાશ અને મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન છૂટા પડે છે. આ અતિ ક્ષીણ સિગ્નલને ડિટેક્ટરના સેન્સર, તુરંત પકડી લેવા માટે તૈયાર બેઠા હોય છે. અગાઉના વિશ્લેષણ દરમિયાન વૈજ્ઞાનિકો સામાન્ય રીતે ઓછી ઊર્જા ધરાવતી ટક્કરો તપાસતા હતા, તેમાં કશું હાથ લાગ્યું નહોતું. પરંતુ આ વખતે એલઝેડ ટીમે પોતાની દિશા બદલીને, વધુ ઊર્જાવાળી હાઈ-એનર્જી ટક્કરો પર, પોતાનું સંપૂર્ણ ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યું હતું. આખા ડેટાની કડક ચકાસણીના અંતે, સંબંધિત ઊર્જા વિસ્તારમાં માત્ર એક જ અસામાન્ય ઘટના જોવા મળી હતી. ભૌતિકશાની સામાન્ય પ્રક્રિયાઓ કે પૃષ્ઠભૂમિ ઘોંઘાટમાંથી, આવી ઘટના આપોઆપ ઉપસી આવવાની શક્યતા, માત્ર ૦.૫ ટકા જેટલી નહિવત હોય છે. જોકે આ એકમાત્ર ઘટના, ડાર્ક મેટરના સૌથી સાદા અને પ્રચલિત મોડેલ સાથે, પૂરેપૂરી સુસંગત થતી નથી. 'ડાર્ક મેટરના કણો વિવિધ ઊર્જા સ્તરો ધરાવતા હોઈ શકે છે, જો એવું હોય તો ઝેનોન સાથેની અથડામણ માટે વધારાની ઊર્જા અનિવાર્ય બને છે.' બર્કલી લેબના વૈજ્ઞાનિક મૂલ્યાંકન મુજબ, જો આ કણ અસ્તિત્વ ધરાવતો હોય તો, તેનું સંભવિત દળ ઓછામાં ઓછું ૨૦૦ ગિગા ઇલેક્ટ્રોનવોલ્ટ (ય્ીફ) જેટલું વિશાળ હોવું જોઈએ, એટલે કે આપણા પરિચિત પ્રોટોન કણ કરતાં પણ આશરે ૨૦૦ ગણું વધારે ભારે. અમુક ગાણિતિક મોડેલો અનુસાર સૂર્યની આસપાસ પૃથ્વીની ભ્રમણકક્ષાની બદલાતી સ્થિતિને કારણે ચોક્કસ ઋતુઓમાં આવી કણ-ટક્કરો વધવાની શક્યતા રહે છે. પ્રખ્યાત ફર્મિલેબ સાથે સંકળાયેલા હૂપરે, ડાર્ક મેટર જેવા અટપટા વિષય પર સામાન્ય વાચકો માટે 'ડાર્ક કોસ્મોસ : ઇન સર્ચ ઓફ અવર યુનિવર્સિસ મિસિંગ માસ એન્ડ એનર્જી'નામનું લોકપ્રિય પુસ્તક લખ્યું છે. ભૌતિકશાસ્ત્રી લિસા રેન્ડલના પુસ્તક 'ડાર્ક મેટર એન્ડ ધ ડાયનોસોર્સ'માં, વૈજ્ઞાનિકોના આ જ લાંબા અને અકળ સંઘર્ષની અત્યંત રસપ્રદ ચર્ચા આપણને વાંચવા મળે છે.

ડાર્ક મેટર : કણાદથી કેલિફોર્નિયા સુધી

ઐતિહાસિક તારણોમાંથી પ્રેરણા લઈને, સૈદ્ધાંતિક વિજ્ઞાનીઓએ ધીરે ધીરે એક નવો સૈદ્ધાંતિક માર્ગ કંડાર્યો, જેને પાર્ટિકલ ફિઝિક્સમાં વિમ્પ અથવા 'વીક ઇન્ટરેક્ટિંગ મેસિવ પાર્ટિકલ' નામ આપવામાં આવ્યું. આ એક એવા કાલ્પનિક કણો છે, જે આપણી આસપાસના સામાન્ય પદાર્થ કે દ્રવ્ય સાથે ભાગ્યે જ ક્યારેક અથડાય છે. તેમના આ જ શરમાળ પ્રકૃતિને લીધે, તેમને પ્રયોગશાળામાં પકડવા એ ભૌતિકવિજ્ઞાનનું સૌથી દુષ્કર કામ બની ગયું છે. માર્ચ ૨૦૨૩થી એપ્રિલ ૨૦૨૪ વચ્ચેના ૨૨૦ દિવસના વૈજ્ઞાનિક ડેટાનું, અત્યંત બારીક વિશ્લેષણ કરતાં ટીમના હાથમાં એક એવી કણ-ક્રિયા આવી ગઈ છે. પ્રશ્ન એ ઊભો થાય છે કે 'શું આ ખરેખર ડાર્ક મેટરનો પ્રથમ સીધો અને નક્કર પુરાવો છે?' વિજ્ઞાનના ચોપડે આંકડાકીય પુરાવો માત્ર ૨.૬ સિગ્મા જેટલો જ નોંધાયો છે. દુનિયામાં શોધની સત્તાવાર જાહેરાત કરવા માટે, અનિવાર્ય એવા ૫ સિગ્મા હોવા જોઈએ. આ સિદ્ધાંતોને સાચા સાબિત કરવાની તાલાવેલીમાં, સમગ્ર વિશ્વમાં અત્યંત સંવેદનશીલ ડિટેક્ટરોનું નિર્માણ શરૂ થયું હતું. જ્યાં બ્રહ્માંડના બાહ્ય ઘોંઘાટનો ખલેલ ન પહોંચે, ત્યાં અમેરિકા, ઇટાલી અને ચીન જેવા અગ્રણી દેશોએ ભૂગર્ભ ડિટેક્ટરો ગોઠવ્યા છે. વર્ષ ૨૦૨૦માં ઝેનોન૧ટી નામના પ્રયોગમાં એક રહસ્યમય સંકેત ઝિલાયો હતો. પરંતુ કમનસીબે પછીના ઊંડા સંશોધનમાં તે સંકેત લાંબો સમય ટકી શક્યો નહીં. રસપ્રદ રીતે, આપણી પ્રાચીન ભારતીય પરંપરામાં પણ આ પ્રકારની 'અદ્રશ્ય શક્તિ' અને અગોચર વિશ્વની ગહન ચર્ચાઓ જોવા મળે છે. મહર્ષિ કણાદના વૈશેષિક દર્શનમાં સૂક્ષ્મ અદ્રશ્ય પરમાણુ-તત્વોની જે તાત્વિક વાત મળે છે, તે આજના આધુનિક વિજ્ઞાનની અદ્રશ્ય દ્રવ્યને પામવાની પ્રબળ જિજ્ઞાસા સાથે અજબ રીતે સંવાદ સાધતી જણાય છે. એલઝેડ પ્રયોગના અગ્રણી પ્રવક્તા રિક ગેટ્સકેલ અને શિકાગો યુનિવર્સિટી અને પ્રખ્યાત ફમલેબ સાથે સંકળાયેલા સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્રી ડેન હૂપરના સમર્પણથી આ શક્ય બન્યું છે.

કુદરતનો ઇશારો કે વૈજ્ઞાનિક ભ્રમણા?

જો ડાર્ક મેટરનું અસ્તિત્વ હશે તો આવી વધુ ઘટનાઓ ફરીથી બનશે. આકાશમાંથી પડતું એક ટીપું વાદળ ભરેલા ચોમાસાની ખાતરી આપી શકતું નથી, તેમ કણની એક અથડામણ એ શોધની અંતિમ સાબિતી બની શકતી નથી. પરંતુ જો ટીપાં વધીને સતત વરસાદ શરૂ થાય તો પરિસ્થિતિ બદલાઈ જાય છે. વધુ ઘટનાઓ મળશે તો ૨.૬ સિગ્માનું પ્રારંભિક પરિણામ પાકા ઐતિહાસિક પુરાવામાં ફેરવાઈ જશે. જો નવી ઘટનાઓ નહીં મળે તો આ ઘટનાને બેકગ્રાઉન્ડ એરર ગણીને છોડી દેવી પડશે. વાત પૂરી કરતાં ભૌતિકશાસ્ત્રના બે અદ્ભુત તથ્યો યાદ રાખવા જેવા છે. વિજ્ઞાનમાં પાંચ સિગ્માની ખાતરીનો અર્થ એ થાય છે કે 'નોંધાયેલું પરિણામ આકસ્મિક સંયોગ હોવાની શક્યતા ૩૫ લાખ પ્રયાસોમાં માંડ એક જ વાર બની શકે.' બીજું વિસ્મય એ છે કે 'જે ડાર્ક મેટરને આપણી આંખો સીધી રીતે જોઈ શકતી નથી, તેનું અસીમ ગુરુત્વાકર્ષણ બળ સુદૂર બ્રહ્માંડમાંથી આવતા, તારાવિશ્વોના પ્રકાશને પણ વાંકો વાળી શકે છે. બ્રહ્માંડના આ અદભુત પ્રભાવને વિજ્ઞાનની ભાષામાં ગુરુત્વાકર્ષણ લેન્સિંગ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
ભવિષ્યમાં ડાર્ક મેટરની શોધની અસર પાર્ટિકલ ફિઝિક્સ પૂરતી મર્યાદિત નહીં રહે. તે સમગ્ર બ્રહ્માંડની સંરચના, તારાવિશ્વોના નિર્માણ અને બ્રહ્માંડના ભાવિ અંતને સમજવાના આપણા દ્રષ્ટિકોણને ધરમૂળથી બદલી નાખશે. ભૂતકાળમાં ઝેનોન૧ટીના અલ્પજીવી ઉત્સાહમાંથી બોધપાઠ લઈને, સમગ્ર વૈજ્ઞાનિક જગત આજે વધુ પરિપક્વ અને સંયમિત બન્યું છે. દક્ષિણ ડાકોટામાં એલઝેડ ડિટેક્ટર કાર્યરત છે, તો બીજી તરફ ચીનનું અદ્યતન પંડાએક્સ ડિટેક્ટર, પણ આ વૈશ્વિક સ્પર્ધામાં કદમ મિલાવી રહ્યું છે. શું આવનારો ડેટા આ આછા સંકેતને પૂર્ણ સત્યમાં ફેરવી દેશે? કે પછી તેને માત્ર એક અસ્પષ્ટ પડછાયો ગણીને ભૂંસી નાખશે? શું માનવજાત પોતાની જિજ્ઞાસાના બળે, આ અનંત બ્રહ્માંડના સૌથી ગૂઢ રહસ્યના પડદાને ઊંચકી શકશે?