सार:
भौतिकी में 2026 के नोबेल पुरस्कार की घोषणा! बेल्जियम में जन्मे सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी और विस्कॉन्सिन-मैडिसन विश्वविद्यालय के प्रोफेसर फ्रांसिस हैलज़ेन के पास अकेले नोबेल पुरस्कार की पूरी ट्रॉफी है। पुरस्कार का कारण उनके "आइसक्यूब न्यूट्रिनो वेधशाला में निर्णायक योगदान और खगोलभौतिकीय स्रोतों से उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो की खोज" को मान्यता देना था। 12 मिलियन स्वीडिश क्रोना पुरस्कार राशि पूरी उसकी है!
चीनी भौतिक विज्ञानी ज़ू किकुन और ये जून, जिन्होंने खेल से पहले दो नोबेल पुरस्कार विजेता जीते थे, इस बार जीतने में असफल रहे।
यह पुरस्कार पूरी तरह से एक सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी को प्रदान किया जाता है, जिसे एक समय सभी लोग "पागल" मानते थे।
आखिरी बार भौतिकी पुरस्कार सिर्फ एक व्यक्ति को 1992 में दिया गया था। इसमें 34 वर्षों का अंतर था।
क्योंकि 38 साल पहले, उन्होंने एक पागलपन भरा और अविश्वसनीय विचार प्रस्तावित किया था:
पृथ्वी पर सबसे ठंडे और सबसे हताश स्थान, दक्षिणी ध्रुव पर जाएं, और दस हजार साल पुराने ग्लेशियर के पूरे घन किलोमीटर को ड्रिल करें, इसे एक सुपर टेलीस्कोप में बदल दें जो ब्रह्मांड में गहरे रहस्यमय कणों को पकड़ लेता है!
उन्होंने बाद में इस पिछली घटना को याद किया और बहुत स्पष्ट रूप से कहा: "मुझे लगता है कि दूसरों ने भी यही विचार सोचा होगा और फिर छोड़ दिया होगा। अगर मुझे उस समय प्राकृतिक बर्फ के ऑप्टिकल गुणों के बारे में कुछ नहीं पता होता, तो शायद मैं भी हार मान लेता।"
आज इस विचार ने न केवल ब्रह्मांड के मानव अवलोकन के आयाम को बदल दिया है, बल्कि अंततः भौतिकी के उच्चतम गौरव पर पहुंच गया है।
बर्फ के नीचे दबे इस "आइस क्यूब" के साथ, मानव जाति ने पहली बार पुष्टि की है:
उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो सौर मंडल के बाहर से उड़ रहे हैं!
इससे भी दिलचस्प बात यह है कि दो साल पहले, भौतिकी में नोबेल पुरस्कार हॉपफील्ड और हिंटन को दिया गया था, जिन्होंने मशीन लर्निंग की नींव रखी थी।
और इस बर्फ के नीचे दूरबीन की सबसे आकर्षक खोजों में से एक, हमारी आकाशगंगा की न्यूट्रिनो छवि, मशीन लर्निंग का उपयोग करके बड़े पैमाने पर डेटा से निकाली गई थी।
ब्रह्मांड में "भूत": न्यूट्रिनो
सबसे पहले, हमें आज के नायक-न्यूट्रिनो को जानना होगा।
नोबेल पुरस्कार का आधिकारिक चित्रण: न्यूट्रिनो एक सीधी रेखा में उड़ते हुए और अंटार्कटिक बर्फ को भेदते हुए
इसमें कोई विद्युत आवेश नहीं है, इसका द्रव्यमान लगभग शून्य है और यह किसी भी पदार्थ के साथ मुश्किल से ही संपर्क करता है। "कॉस्मिक घोस्ट" के नाम से जाना जाता है। इस समय, सूर्य से लगभग 65 अरब न्यूट्रिनो आपके नाखूनों से होकर गुजर रहे हैं।
वैज्ञानिकों को इसकी तलाश क्यों करनी पड़ती है? क्योंकि न्यूट्रिनो ब्रह्मांड में सबसे उत्तम "संदेशवाहक" हैं।
प्रकाश और ब्रह्मांडीय किरणों के विपरीत, यह चुंबकीय क्षेत्र से प्रभावित नहीं होता है और बिल्कुल सीधी रेखा में यात्रा करता है; साथ ही, इसकी भेदन शक्ति बेहद मजबूत है और यह किसी भी धूल के बादल या विकिरण से अवरुद्ध नहीं होगी।
यहां तक कि ब्रह्मांड में गहरे एक सुपरमैसिव ब्लैक होल के किनारे पर भी, जब तक उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो का उत्पादन होता है, वे सैकड़ों लाखों प्रकाश-वर्ष में एक सीधी रेखा में उड़ सकते हैं, और ब्रह्मांड में चरम घटनाओं के बारे में मूल जानकारी को पृथ्वी पर "व्यक्त" कर सकते हैं।
यदि मनुष्य इन उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो को पकड़ सकता है, तो यह "सी-थ्रू आंखों" की एक जोड़ी के बराबर होगा जो ब्रह्मांड के माध्यम से देख सकती है, जिससे मनुष्य ब्रह्मांड के "सीटी स्कैन" कर सकेंगे।
कॉस्मिक किरणें चुंबकीय क्षेत्र द्वारा विक्षेपित हो जाती हैं, गामा किरणें धूल से अवरुद्ध हो जाती हैं, और न्यूट्रिनो एक सीधी रेखा में पृथ्वी की ओर उड़ते हैं
एक बेहद पागलपन भरा विचार - बर्फ काटने के लिए अंटार्कटिका जाएं!
परेशानी यह है कि इसे पकड़ना बहुत कठिन है।
न्यूट्रिनो का विशाल बहुमत सीधे डिटेक्टर से होकर गुजरता है। यदि न्यूट्रिनो की संख्या काफी बड़ी है, और जो लक्ष्य (पहचान माध्यम) हम तैयार करते हैं वह पर्याप्त मोटा और पर्याप्त संख्या में है, तो हमेशा कुछ न्यूट्रिनो होंगे जो लक्ष्य नाभिक को "हिट" करेंगे।
इस तरह की पर्याप्त टक्करों के लिए, डिटेक्टर को हास्यास्पद रूप से बड़ा होना होगा।
जब उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो किसी माध्यम में हिंसक रूप से टकराते हैं, तो आवेशित कण (जैसे म्यूऑन) उत्पन्न होते हैं।
माध्यम से यात्रा करने वाले इन आवेशित कणों की गति माध्यम में प्रकाश के प्रसार की गति से अधिक होगी, इस प्रकार "सोनिक बूम" के समान एक ऑप्टिकल घटना उत्पन्न होगी - चेरेनकोव विकिरण, जो एक हल्की नीली रोशनी उत्सर्जित करता है।
जब तक हम इन नीली रोशनी को पकड़ने के लिए बेहद अंधेरे वातावरण में पर्याप्त और संवेदनशील ऑप्टिकल सेंसर लगाते हैं, हम उस दिशा का अनुमान लगा सकते हैं जिसमें न्यूट्रिनो उड़ रहे हैं।
सबसे पहले, वैज्ञानिक समुद्री जल को माध्यम के रूप में उपयोग करना चाहते थे। लेकिन गहरे समुद्र में बायोल्यूमिनसेंस (जैसे जेलीफ़िश) और प्राकृतिक रेडियोधर्मी पदार्थ बहुत अधिक शोर पैदा कर सकते हैं।
इसी समय, फ्रांसिस हैलज़ेन प्रकट हुए।
फ़्रांसिस हैलज़ेन, इस वर्ष 82 वर्ष के हैं
1980 के दशक में, कॉस्मिक किरणों का अध्ययन करते समय, उन्होंने खबर सुनी कि सोवियत वैज्ञानिक अंटार्कटिका में न्यूट्रिनो संकेतों को पकड़ने के लिए रेडियो रिसीवर का उपयोग करने की योजना बना रहे थे।
हेल्ज़ेन के दिमाग में अचानक एक अद्भुत प्रेरणा कौंधी: हम समुद्र में क्यों जाते हैं? सिर्फ अंटार्कटिक बर्फ का उपयोग क्यों न करें?
अंटार्कटिक बर्फ की चादर के अनूठे फायदे हैं:
काफ़ी बड़ा
: यहां अनंत प्राकृतिक बर्फ की परतें हैं, जो सुपर डिटेक्टरों के निर्माण की जरूरतों को पूरी तरह से पूरा करती हैं।पर्याप्त गहरा और पर्याप्त शुद्ध
: बर्फ की गहराई में पूर्ण अंधकार है, कोई चमकदार जीव नहीं है और जटिल समुद्री धाराओं का कोई हस्तक्षेप नहीं है।ठोस अवस्था की पूर्ण स्थिरता
: सेंसरों को बर्फ में जमा दें और वे हमेशा के लिए बिल्कुल स्थिर बने रहेंगे, जो कण प्रक्षेप पथ की सटीक गणना के लिए महत्वपूर्ण है।1988 में, हैलज़ेन और उनके सहयोगी जॉन जी. लर्न ने औपचारिक रूप से अंटार्कटिक बर्फ के नीचे एक न्यूट्रिनो वेधशाला बनाने का विचार प्रस्तावित किया।
पहले तो यह विचार विज्ञान कथा जैसा लग रहा था। लेकिन हरज़ेन ने हर जगह पैरवी की और अंततः एक टीम बनाई और मानव इतिहास में सबसे कट्टर "ध्रुवीय ठेकेदार" वर्षों की शुरुआत की।
एक घन किलोमीटर "आइस क्यूब" और रिवर्स लाइट बल्ब
अंटार्कटिका में एक वेधशाला का निर्माण किसी भी तरह से तम्बू स्थापित करने जितना आसान नहीं है।
1993 में, हेलज़ेन की टीम ने अंटार्कटिका (अमांडा परियोजना) में प्रारंभिक प्रयास शुरू किया।
सबसे पहले उन्हें भारी असफलताओं का सामना करना पड़ा: उथली बर्फ बुलबुले से भरी हुई थी, और प्रकाश बिल्कुल भी संचारित नहीं हो सका। लेकिन उन्होंने हार नहीं मानी और ग्लेशियोलॉजिस्टों ने बताया कि जितनी गहराई तक वे खुदाई करेंगे, तीव्र दबाव से बुलबुले बर्फ की क्रिस्टल जाली में दब जाएंगे।
निश्चित रूप से, जब उन्होंने 1,400 मीटर नीचे ड्रिल किया, तो एक चमत्कार हुआ - यहाँ की बर्फ बेहद शुद्ध और पारदर्शी थी। न्यूट्रिनो की टक्कर से उत्पन्न नीली चमक सैकड़ों मीटर बर्फ में बिना किसी बाधा के प्रवेश कर सकती है!
नेशनल साइंस फाउंडेशन (एनएसएफ) के समर्थन से, आइसक्यूब का निर्माण आधिकारिक तौर पर 2004 में शुरू किया गया था। यह एक इंजीनियरिंग चमत्कार है।
अत्यधिक ठंडी अंटार्कटिक बर्फ की चादर में दो किलोमीटर से अधिक गहरे ऊर्ध्वाधर कुओं को पिघलाने के लिए इंजीनियरों ने उच्च दबाव वाले गर्म पानी के ड्रिल का उपयोग किया।
हर बार जब कोई कुआं खोदा जाता है, तो पानी के दोबारा जमने से पहले उन्हें उन्नत ऑप्टिकल सेंसर से भरी एक अतिरिक्त लंबी केबल को कुएं के तल तक डुबाने के लिए समय के साथ दौड़ लगानी पड़ती है।
उन्होंने कुल मिलाकर ऐसी 86 केबलें बिछाईं; केबलों पर लगभग 5,160 गोलाकार सेंसर लटके हुए थे।
हर्ज़न ने एक बार मज़ाकिया ढंग से इन सेंसरों को "उल्टा काम करने वाले प्रकाश बल्ब" के रूप में वर्णित किया था - ये सेंसर कमजोर फोटॉनों को पकड़ते हैं, उन्हें विद्युत संकेतों में परिवर्तित करते हैं, और उन्हें सतह पर वापस भेजते हैं।
केबलों को एक विशाल हेक्सागोनल सरणी में व्यवस्थित किया गया है, जो 1,450 से 2,450 मीटर की गहराई पर बर्फ को कवर करता है। इस तरह वैज्ञानिकों ने अंटार्कटिक बर्फ की चादर के अंदर एक घन किलोमीटर आयतन और एक अरब टन वजन वाले शुद्ध बर्फ के पूरे टुकड़े का चक्कर लगाया। यह "आइस क्यूब" है।
2011 में, आखिरी केबल के साथ, पृथ्वी पर सबसे बड़ा "टेलीस्कोप" आधिकारिक तौर पर पूरा हो गया था।
दक्षिणी ध्रुव पर आइस क्यूब प्रयोगशाला में, बर्फ के नीचे से सिग्नल एकत्र किए जाते हैं और फिर उपग्रहों के माध्यम से प्रसारित किए जाते हैं
यह तारों वाले आकाश को नहीं देखता, बल्कि गहरे भूमिगत दबा हुआ है; यह दृश्य प्रकाश एकत्र नहीं करता है, बल्कि दिन-रात ब्रह्मांडीय भूतों की पदचाप सुनता है।
आइस क्यूब आरेख: न्यूट्रिनो बर्फ में परमाणु नाभिक से टकराते हैं, और प्रकाश की चमक सेंसर की एक श्रृंखला द्वारा रिकॉर्ड की जाती है
प्रतिदिन 100 मिलियन ग़लत संकेतों में से 100 सत्य होते हैं
दूरबीन का निर्माण केवल शुरुआत है। वास्तविक कठिनाई डेटा से ब्रह्मांडीय न्यूट्रिनो की पहचान करना है।
कॉस्मिक किरणें अंटार्कटिक के ऊपर वायुमंडल में प्रवेश करती हैं, और हर दिन 100 मिलियन से अधिक कण बर्फ में प्रवेश करते हैं और सेंसर द्वारा रिकॉर्ड किए जाते हैं।
वायुमंडल में न्यूट्रिनो भी उत्पन्न होते हैं। आइसक्यूब हर साल लगभग 100,000 न्यूट्रिनो रिकॉर्ड करता है, और उनमें से अधिकांश पृथ्वी के वायुमंडल में उत्पन्न होते हैं।
सैद्धांतिक अपेक्षाओं के अनुसार, वास्तव में ब्रह्मांड की गहराई से प्रति वर्ष लगभग 100 ही आते हैं।
2013 में, एक ऐतिहासिक सफलता मिली!
2013 में, टीम ने दो वर्षों के डेटा में उच्च ऊर्जा प्रकार के न्यूट्रिनो की खोज की, और 1 PeV से अधिक ऊर्जा वाली दो घटनाओं का सामना किया, अर्थात् 1.04 PeV और 1.14 PeV। यह सौर मंडल के बाहर से उच्च-ऊर्जा खगोलभौतिकीय न्यूट्रिनो की पहली पुष्टि की गई खोज है।
दशकों से चली आ रही यह अंतरतारकीय तलाश आखिरकार सफल हो गई है।
इन दो घटनाओं के साथ विश्लेषण पद्धति को समायोजित करते हुए, टीम को डेटा के एक ही बैच में 28 उच्च-ऊर्जा ब्रह्मांडीय न्यूट्रिनो मिले। 2014 में, सांख्यिकीय महत्व 5.7σ तक पहुंच गया, और विशुद्ध रूप से वायुमंडलीय स्रोतों की व्याख्या को खारिज कर दिया गया।
22 सितंबर, 2017 को, आइसक्यूब ने लगभग 290TeV का न्यूट्रिनो कैप्चर किया। एक मिनट के अंदर ही दुनिया भर में अलर्ट भेज दिया गया.
दुनिया भर के टेलीस्कोपों ने तुरंत उस समन्वय पर ध्यान केंद्रित किया, और परिणाम रोंगटे खड़े कर देने वाला था: एक ब्लेज़र (TXS 0506+056) था जो पागलपन से विस्फोट कर रहा था - एक सक्रिय आकाशगंगा जिसके केंद्र में एक सुपरमैसिव ब्लैक होल था!
यह पहली बार है कि मनुष्यों ने उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो को एक सटीक ब्रह्मांडीय स्रोत से जोड़ा है।
2022 में, आइसक्यूब ने सक्रिय आकाशगंगा एनजीसी 1068 की दिशा से 79 न्यूट्रिनो पाए। वहां का सुपरमैसिव ब्लैक होल मोटी गैस और धूल में लिपटा हुआ है, और मापी गई गामा किरणें बहुत कमजोर हैं, लेकिन न्यूट्रिनो बाहर आते हैं।
2023 में, आइसक्यूब ने पहली बार न्यूट्रिनो में हमारी अपनी आकाशगंगा देखी।
इस बार मशीन लर्निंग ने जो अंतर पैदा किया वह था। जर्मनी में डॉर्टमुंड के तकनीकी विश्वविद्यालय में आइसक्यूब के सहयोगियों ने उनकी दिशा और ऊर्जा का पुनर्निर्माण करते हुए न्यूट्रिनो प्रभावों से उत्पन्न घटनाओं के "कैस्केड" को अलग करने के लिए एक मशीन सीखने की विधि विकसित की।
नई पद्धति का उपयोग करने के बाद, परिमाण के एक क्रम से अधिक न्यूट्रिनो घटनाओं को बरकरार रखा गया, और खोज संवेदनशीलता मूल से तीन गुना तक बढ़ गई। आकाशगंगा कैसी दिखती है, इसे एक साथ जोड़ने के लिए टीम ने 10 वर्षों के डेटा से लगभग 60,000 न्यूट्रिनो का उपयोग किया।
हैलज़ेन ने उस समय कहा:
दिलचस्प बात यह है कि, प्रकाश की किसी भी तरंग दैर्ध्य के विपरीत, न्यूट्रिनो में दूर का ब्रह्मांड हमारी आकाशगंगा में नजदीकी स्रोतों की तुलना में अधिक चमकीला है।
इस साल की शुरुआत में, आइसक्यूब ने मिल्की वे के सिग्नल को 5.7σ तक बढ़ाने के लिए 12 साल के डेटा का इस्तेमाल किया था। इस प्रकार आकाशगंगा 5σ खोज सीमा को पार करने वाला पहला उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो स्रोत बन गया है।
2026 में इस नोबेल पुरस्कार की घोषणा से ठीक पहले, आइसक्यूब टीम ने एक ब्लॉकबस्टर परिणाम जारी किया: उन्होंने अंततः आकाशगंगा द्वारा उत्सर्जित उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो चमक को स्पष्ट रूप से देखा! इसका मतलब यह है कि हम अंततः आकाशगंगा को एक नया रूप देने के लिए पेंटब्रश के रूप में न्यूट्रिनो का उपयोग कर रहे हैं।
अकेले ही "मल्टी-मैसेंजर" का एक नया युग खोलें
अब, 1980 के दशक से बर्फ से भूतों को पकड़ने का जुनून रखने वाला यह जिद्दी बूढ़ा आदमी आखिरकार अपने राज्याभिषेक के क्षण में आ गया है।
भौतिकी में नोबेल पुरस्कार समिति के अध्यक्ष मार्क पीयर्स ने टिप्पणी की——
फ़्रांसिस हेलज़ेन के नेतृत्व वाली अंतर्राष्ट्रीय टीम ने हमें एक अद्भुत उपकरण प्रदान किया है। उनकी दृढ़ता और वैज्ञानिक दृष्टि ने बिल्कुल नए तरह के खगोल विज्ञान का मार्ग प्रशस्त किया।
हां, यह "मल्टी-मैसेंजर खगोल विज्ञान" के युग की शुरुआत है।
आज तारों से भरे आकाश को देखते हुए, हम न केवल प्रकाश के साथ "देख" सकते हैं और गुरुत्वाकर्षण तरंगों के साथ "सुन" सकते हैं, बल्कि हम आइसक्यूब द्वारा कैप्चर किए गए उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो का उपयोग सीधे ब्रह्मांड के सबसे हिंसक अंधेरे कोर को "देखने" के लिए भी कर सकते हैं।
वर्तमान में, "आइस क्यूब-जेन2", जिसे आकार में आठ गुना विस्तारित किया गया है, की योजना बनाई जा रही है।
भूमध्य सागर, प्रशांत महासागर और दक्षिण चीन सागर में चीन की "ट्राइडेंट" परियोजना धीरे-धीरे एक वैश्विक न्यूट्रिनो कैप्चर नेटवर्क खोल रही है।
इस समय, 65 अरब न्यूट्रिनो जो आपके नाखूनों से गुजर रहे हैं, अनंत शून्य से होकर गुजरे हैं, जीवन के उतार-चढ़ाव से गुजरे हैं, और सीधे पृथ्वी पर आ गए हैं।
पृथ्वी के सबसे दक्षिणी बिंदु पर, एक घन किलोमीटर गहरी शुद्ध बर्फ में, रोमांटिक और पागल पृथ्वीवासियों का एक समूह है, जो अपनी आँखें खुली हुए हैं, बस इस आश्चर्यजनक झलक की प्रतीक्षा कर रहे हैं जो सैकड़ों लाखों वर्षों तक फैली हुई है।
यह ब्रह्मांड की मानव खोज का सबसे चरम रोमांस हो सकता है।
आइए हम भौतिकी में 2026 के नोबेल पुरस्कार विजेता फ्रांसिस हार्टज़ेन को श्रद्धांजलि अर्पित करें!
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