क्यों 'पदार्थ' ब्रह्मांड पर हावी है न कि 'एंटीमैटर'? ब्रह्मांड का अस्तित्व क्यों है की खोज में

ब्रह्मांड की शुरुआत में , बिग बैंग के तुरंत बाद, ' पदार्थ ' और 'प्रतिपदार्थ' दोनों बराबर मात्रा में मौजूद थे। हालांकि, अब तक अज्ञात कारणों से, वर्तमान ब्रह्मांड में ' पदार्थ ' का प्रभुत्व है। T2K के शोधकर्ताओं ने हाल ही में न्यूट्रिनो में संभावित चार्ज-पैरिटी उल्लंघन और उससे संबंधित प्रति-न्यूट्रिनो दोलनों की घटना को दर्शाया है। यह ब्रह्मांड में पदार्थ के प्रभुत्व को समझने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है ।

बिग बैंग (जो लगभग 13.8 अरब साल पहले हुआ था) और भौतिकी के अन्य संबंधित सिद्धांत बताते हैं कि प्रारंभिक ब्रह्मांड विकिरण 'प्रधान' था और ' पदार्थ ' और ' प्रतिपदार्थ ' समान मात्रा में मौजूद थे।

लेकिन आज हम जिस ब्रह्मांड को जानते हैं, वह 'पदार्थ' प्रधान है। क्यों? यह ब्रह्मांड के सबसे दिलचस्प रहस्यों में से एक है । (1)

आज हम जिस ब्रह्मांड को जानते हैं, उसकी शुरुआत पदार्थ और प्रतिपदार्थ की बराबर मात्रा से हुई थी। प्रकृति के नियम के अनुसार, दोनों का निर्माण जोड़ों में हुआ और फिर वे बार-बार नष्ट होते रहे, जिससे विकिरण उत्पन्न हुआ जिसे 'ब्रह्मांडीय पृष्ठभूमि विकिरण' कहा जाता है। बिग बैंग के लगभग 100 माइक्रोसेकंड के भीतर, पदार्थ (कणों) की संख्या प्रतिकणों से लगभग एक अरब में एक अधिक हो गई और कुछ ही सेकंड में सारा प्रतिपदार्थ नष्ट हो गया, केवल पदार्थ ही शेष रह गया।

वह कौन सी प्रक्रिया या तंत्र है जो पदार्थ और एंटीमैटर के बीच इस तरह का अंतर या विषमता पैदा करेगा?

1967 में, रूसी सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी आंद्रेई सखारोव ने ब्रह्मांड में असंतुलन (या पदार्थ और प्रतिपदार्थ का अलग-अलग दरों पर उत्पादन) होने के लिए आवश्यक तीन शर्तों की परिकल्पना की । पहली सखारोव शर्त है बैरियन संख्या (एक क्वांटम संख्या जो अंतःक्रिया में संरक्षित रहती है) का उल्लंघन। इसका अर्थ है कि प्रोटॉन अत्यंत धीमी गति से उदासीन पायन और पॉज़िट्रॉन जैसे हल्के उप-परमाणु कणों में विघटित होते हैं। इसी प्रकार, एक प्रतिप्रोटॉन पायन और इलेक्ट्रॉन में विघटित होता है। दूसरी शर्त है आवेश संयुग्मन समरूपता, C, और आवेश संयुग्मन-समता समरूपता, CP, जिसे आवेश-समता उल्लंघन भी कहा जाता है, का उल्लंघन। तीसरी शर्त यह है कि बैरियन-असमरूपता उत्पन्न करने वाली प्रक्रिया तीव्र विस्तार के कारण ऊष्मीय संतुलन में नहीं होनी चाहिए, क्योंकि तीव्र विस्तार युग्म-विनाश की घटना को कम कर देता है।

यह सीपी उल्लंघन का सखारोव का दूसरा मानदंड है, जो कणों और उनके एंटीपार्टिकल्स के बीच एक प्रकार की विषमता का एक उदाहरण है जो उनके क्षय के तरीके का वर्णन करता है। कणों और एंटीपार्टिकल्स के व्यवहार करने के तरीके की तुलना करके, यानी जिस तरह से वे चलते हैं, बातचीत करते हैं और क्षय करते हैं, वैज्ञानिक उस विषमता के प्रमाण पा सकते हैं। सीपी उल्लंघन इस बात का प्रमाण प्रदान करता है कि कुछ अज्ञात भौतिक प्रक्रियाएं पदार्थ और एंटीमैटर के अंतर उत्पादन के लिए जिम्मेदार हैं।

विद्युतचुंबकीय और 'प्रबल अंतःक्रियाएँ' C और P समरूपताओं के अंतर्गत सममित मानी जाती हैं, और फलस्वरूप वे CP (3) गुणनफल के अंतर्गत भी सममित होती हैं। ''हालाँकि, यह 'दुर्बल अंतःक्रिया' के लिए आवश्यक रूप से सच नहीं है, जो C और P दोनों समरूपताओं का उल्लंघन करती है,'' प्रो. बी.ए. रॉबसन कहते हैं। वे आगे कहते हैं कि "दुर्बल अंतःक्रियाओं में CP का उल्लंघन यह दर्शाता है कि ऐसी भौतिक प्रक्रियाएँ बैरियन संख्या के अप्रत्यक्ष उल्लंघन का कारण बन सकती हैं, जिससे प्रतिपदार्थ निर्माण की तुलना में पदार्थ निर्माण को प्राथमिकता दी जाएगी।" गैर-क्वार्क कण किसी भी CP उल्लंघन को नहीं दर्शाते हैं, जबकि क्वार्कों में CP उल्लंघन बहुत कम होता है और पदार्थ और प्रतिपदार्थ निर्माण में अंतर पैदा करने के लिए नगण्य होता है। इसलिए, लेप्टॉन ( न्यूट्रिनो ) में CP उल्लंघन महत्वपूर्ण हो जाता है और यदि यह सिद्ध हो जाता है, तो यह इस प्रश्न का उत्तर देगा कि ब्रह्मांड पदार्थ प्रधान क्यों है।

हालांकि सीपी समरूपता उल्लंघन अभी तक निर्णायक रूप से सिद्ध नहीं हुआ है (1), लेकिन टी2के टीम द्वारा हाल ही में प्रकाशित निष्कर्षों से पता चलता है कि वैज्ञानिक इसके बेहद करीब हैं। टी2के (टोकाई से कामियोका) में किए गए अत्यंत परिष्कृत प्रयोगों के माध्यम से पहली बार यह प्रदर्शित किया गया है कि कण से इलेक्ट्रॉन और न्यूट्रिनो में संक्रमण, प्रतिकण से इलेक्ट्रॉन और प्रतिन्यूट्रिनो में संक्रमण की तुलना में अधिक अनुकूल है (2)। टी2के जापान के टोकाई में स्थित जापानी प्रोटॉन त्वरक अनुसंधान परिसर (जे-पार्क) और कामियोका में स्थित सुपर-कामियोकांडे भूमिगत न्यूट्रिनो वेधशाला , लगभग 300 किमी की दूरी पर स्थित दो प्रयोगशालाओं को संदर्भित करता है। टोकाई में स्थित प्रोटॉन त्वरक ने उच्च ऊर्जा टकरावों से कण और प्रतिकण उत्पन्न किए, जबकि कामियोका में स्थित डिटेक्टरों ने अत्यंत सटीक माप करके न्यूट्रिनो और उनके प्रतिपदार्थ समकक्षों, प्रतिन्यूट्रिनो का अवलोकन किया।

T2K में कई वर्षों के डेटा के विश्लेषण के बाद, वैज्ञानिकों ने डेल्टा-CP नामक पैरामीटर को मापने में सफलता प्राप्त की, जो न्यूट्रिनो दोलन में CP समरूपता के टूटने को नियंत्रित करता है। उन्होंने न्यूट्रिनो दर में बेमेल या वृद्धि की प्राथमिकता पाई, जो अंततः न्यूट्रिनो और एंटीन्यूट्रिनो के दोलन के तरीके में CP उल्लंघन की पुष्टि कर सकती है। T2K टीम द्वारा प्राप्त परिणाम 3-सिग्मा या 99.7% विश्वास स्तर पर सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण हैं। यह एक मील का पत्थर है क्योंकि न्यूट्रिनो से जुड़े CP उल्लंघन की पुष्टि ब्रह्मांड में पदार्थ की प्रधानता से जुड़ी है। बड़े डेटाबेस के साथ आगे के प्रयोगों से यह परीक्षण किया जाएगा कि क्या यह लेप्टोनिक CP समरूपता उल्लंघन क्वार्कों में CP उल्लंघन से बड़ा है। यदि ऐसा है, तो हमें अंततः इस प्रश्न का उत्तर मिल जाएगा कि ब्रह्मांड पदार्थ प्रधान क्यों है।

हालांकि टी2के प्रयोग से यह स्पष्ट रूप से साबित नहीं होता कि सीपी समरूपता का उल्लंघन हुआ है, लेकिन यह एक मील का पत्थर है क्योंकि यह निर्णायक रूप से बढ़ी हुई इलेक्ट्रॉन-न्यूट्रॉन दर के लिए एक मजबूत प्राथमिकता दिखाता है और हमें सीपी समरूपता उल्लंघन की घटना को साबित करने और अंततः ' ब्रह्मांड पदार्थ प्रधान क्यों है' के उत्तर तक पहुंचने के करीब ले जाता है।

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सन्दर्भ:

1. टोक्यो विश्वविद्यालय, 2020. ''T2K परिणाम न्यूट्रिनो CP चरण के संभावित मूल्यों को सीमित करते हैं -…..'' प्रेस विज्ञप्ति 16 अप्रैल 2020 को प्रकाशित। ऑनलाइन उपलब्ध: http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/news/8799/ 17 अप्रैल 2020 को देखा गया।

2. टी2के सहयोग, 2020. न्यूट्रिनो दोलनों में पदार्थ-प्रतिपदार्थ समरूपता-उल्लंघन चरण पर बाधा। नेचर वॉल्यूम 580, पृष्ठ 339-344 (2020)। प्रकाशन तिथि: 15 अप्रैल 2020। डीओआई: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2177-0

3. रॉबसन, बी.ए., 2018. पदार्थ-प्रतिपदार्थ विषमता समस्या। जर्नल ऑफ हाई एनर्जी फिजिक्स, ग्रेविटेशन एंड कॉस्मोलॉजी, 4, 166-178. https://doi.org/10.4236/jhepgc.2018.41015

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