টেলিস্কোপের সংজ্ঞা বদলে দেওয়া আইসকিউব অবজারভেটরি

নিউট্রিনো নামে একধরনের কণা আছে, যারা সাধারণ কণার সঙ্গে খুব সামান্য মিথষ্ক্রিয়া করে। এদের কোনো ধরনের বৈদ্যুতিক চার্জ নেই, ভরও প্রায় নেই বললেই চলে। ইংরেজিতে এগুলোকে বলে ঘোস্ট পার্টিকেল, বাংলায় বলা যায় প্রেতাত্মা-কণা! একটু ওভারড্রামাটিক হয়ে গেল বোধ হয়। তবে প্রচলিতভাবেও এদের ‘ভুতুড়ে কণা’ বলা হয়। এমনটা বলার পেছনে কারণও আছে। এরা কোনোভাবেই ধরা দিতে চায় না।

যে ধরা দিতে চায় না, তাকে নিয়ে এত চিন্তা কেন? বলছি। সে জন্য শুরুটা করতে হবে সূর্য থেকে।

সূর্যের কেন্দ্রে প্রতি মুহূর্তে ঘটে চলেছে ফিউশন বিক্রিয়া। এ বিক্রিয়ায় দুটো হাইড্রোজেনের নিউক্লিয়াস একীভূত হয়ে তৈরি করে হিলিয়াম। প্রতিবার যখন হাইড্রোজেন থেকে হিলিয়াম নিউক্লিয়াস তৈরি হয়, তখন প্রতিটি হিলিয়ামের জন্য তৈরি হয় দুটো করে নিউট্রিনো। সূর্য নিজেই এদের ঘাড় ধাক্কা দিয়ে বের করে দেয়। কাজেই, প্রতি মুহূর্তে প্রচুর পরিমাণ নিউট্রিনোর প্যাকেট (বিজ্ঞানের ভাষায় বলে নিউট্রিনো ফ্লাস্ক) সূর্যের সীমানা ছাড়িয়ে বেরিয়ে পড়ে, আলোর কাছাকাছি বেগে ছুটে চলে মহাশূন্যের ভ্যাকুয়ামের মধ্য দিয়ে। চলার পথে পৃথিবীকে এরা এমনভাবে পেরিয়ে যায় যেন পৃথিবী বলে কোনো কিছুর অস্তিত্বই নেই!  সরল কথায়, দিন-রাত চব্বিশ ঘণ্টার প্রতি মুহূর্তে একশ বিলিয়নের মতো নিউট্রিনো আপনার দেহের প্রতি বর্গ ইঞ্চির মধ্য দিয়ে ছুটে যায়। অথচ কখনোই এরা আপনার দেহের কোনো পরমাণুর সঙ্গে কোনো ধরনের মিথস্ক্রিয়া করে না।

এ তো গেল কেবল সূর্যের কথা। এ ছাড়াও অন্যান্য নক্ষত্র, নিউট্রন স্টার এবং বিশেষ করে বিস্ফোরণের মাধ্যমে যেসব নক্ষত্র আত্মহুতি দেয় (যেমন সুপারনোভা)—তাদের বুকেও প্রতিনিয়ত তৈরি হয় নিউট্রিনো। এ ছাড়াও গ্যালাক্সিদের মধ্যে সংঘর্ষের ফলে গামা রশ্মি উৎপন্ন হয়। এ সময়ও তৈরি হয় নিউট্রিনো। সবচেয়ে বড় কথা, নিউট্রিনো যেহেতু সহজে কারো সঙ্গে মিথস্ক্রিয়া করে না, সহস্র কোটি বছর ধরে মহাকাশের বুকে ছুটে চলার সময় এগুলো যেসব এলাকার মধ্যে দিয়ে গেছে, এই সব তথ্য জমা থাকে তার বুকে। ফলে ছলনাময়ী নিউট্রিনোকে কোনোভাবে শনাক্ত করা গেলে মহাকাশের অজানা অনেক কিছু জানার নতুন এক দরজা খুলে যাবে আমাদের সামনে।

হিসেব-নিকেশ করে এমন একটি কণা যে আছে, বিজ্ঞানীরা তা বেশ ভালোই বুঝতে পারছিলেন, কিন্তু এদের শনাক্ত করার উপায় খুঁজে বের করতে পারছিলেন না কিছুতেই। প্রথম এ কণার অস্তিত্ব সম্পর্কে ভবিষ্যদ্বাণী করেছিলেন বিজ্ঞানী উলফগ্যাং পাউলি। সেটা ১৯৩০ সালের কথা। বিটা ক্ষয়ে আপাত শক্তির হারিয়ে যাওয়া ব্যাখ্যা করতে নিউট্রিনো কণার অস্তিত্বের অনুমান করেন তিনি। পাউলি প্রস্তাব করেন, একটা চার্জ নিরপেক্ষ কণা বিটা ক্ষয় প্রক্রিয়ায় পরমাণুর বাইরে শক্তি নিয়ে যায়। পরে সেই কণাটির নাম দেওয়া হয় নিউট্রিনো। কণাটির নামকরণ রাখেন ইতালীয় পদার্থবিদ এনরিকো ফার্মি। এ শব্দের অর্থ, ছোট্ট অচার্জিত কণা। বিজ্ঞানী জেমস চ্যাডউইক আবিষ্কৃত চার্জ নিরপেক্ষ ভারী নিউট্রনের সঙ্গে পার্থক্য করতেই এমন নাম।

নিউট্রিনো মিথস্ক্রিয়া করে মূলত দুর্বল নিউক্লিয়ার বলের মাধ্যমে। তা-ও এত দুর্বলভাবে করে যে মানবদেহের আকারের কোনো কণা-শনাক্তকারী যন্ত্র যদি বানানোও হয়, তাহলেও ১০০ বছরে হয়তো একটি নিউট্রিনো এর মধ্য দিয়ে যাওয়ার সময় মিথস্ক্রিয়া করতে পারে। আর এর ফলে যে অতি সামান্য শক্তি তৈরি হয়, সেটা শনাক্ত করতে করতে লেগে যাবে মোটামুটি এক লাখ বছর!

তবে বিজ্ঞানীরা কিন্তু হার মানেননি। অনুমান করার পর ৩০ বছর পেরোনোর আগেই শনাক্ত করা হয় এ কণা। ১৯৫৬ সালে মার্কিন পদার্থবিদ ফ্রেডরিক রেইন এবং ক্লাইড কোয়ান নিউট্রিনো কণাদের অস্তিত্ব প্রমাণ করেন। সেগুলোর উৎপত্তি ছিল পারমাণবিক চুল্লিতে। তবে একটু বড় পরিসরে গবেষণার জন্য উচ্চ শক্তির নিউট্রিনো কণা শনাক্ত করা একটা বড় সমস্যা হয়েই ছিল দীর্ঘদিন। এ সমস্যা সমাধানের জন্য যুক্তরাষ্ট্রের উইসকনসিন বিশ্ববিদ্যালয়ের বেলজিয়ান বংশোদ্ভূত তাত্ত্বিক পদার্থবিজ্ঞানী ফ্র্যান্সিস হ্যালজেন চমৎকার এক আইডিয়া দাঁড় করালেন। বললেন, বিশেষ ব্যবস্থায় ছলনাময়ী এই নিউট্রিনোদের নিয়মিত হারেই ধরা সম্ভব। এভাবেই শুরু হলো আইসকিউব অবজারভেটরি নির্মাণ প্রকল্প।

২

বিচিত্র এই টেলিস্কোপ তৈরির প্রথম সমস্যা ছিল খরচ।

বিপুল অংকের টাকা ব্যয় করতে হবে এমন এক জিনিস তৈরির পেছনে, যেটি আদৌ কাজে লাগবে কি না, কেউ জানে না! তা ছাড়া, সাধারণত ‘টেলিস্কোপ’ জিনিসটা তো দেখা যায়। এটি বানাতে হবে এমন জায়গায়, যা কেউ কোনোদিন দেখতেও পাবে না! শেষ পর্যন্ত পৃথিবীর বেশ কিছু দেশের কয়েকটি সংস্থা, বিশেষ করে যুক্তরাষ্ট্রের ন্যাশনাল সায়েন্স ফাউন্ডেশন এ খরচ দিতে রাজি হলো।

এবারে শুরু হলো মূল নির্মাণ কার্যক্রম। দক্ষিণ মেরুর বরফের মাঝে এক মাইলেরও বেশি গভীর গর্ত খুঁড়ে বিভিন্ন যন্ত্র বসাতে হবে। সাধারণ টেলিস্কোপের মতো এখানে কোনো লেন্স বা আয়না নেই। বর্তমানে এতে বাস্কেটবল আকারের গোল কাচের আবরণে মোড়া ছিয়াশি কিলোমিটার লম্বা লাইট ডিটেক্টরের স্ট্রিং রয়েছে (পরবর্তীতে এটি আরও বাড়ানো হতে পারে)। এসব কাচ আবার যেনতেন কাচ না, বরফের চাপ নিতে পারবে, এমন।

কাচই ব্যবহার করা হয়েছে এক্ষেত্রে। এরপর দৈত্যাকার সব হট ওয়াটার ড্রিল ব্যবহার করে বরফের মাঝে আড়াই কিলোমিটার গভীর এবং ছিয়াশি কিলোমিটার দীর্ঘ গর্ত খুঁড়ে ওর মধ্যেই লাইট ডিটেক্টরের স্ট্রিংগুলো রেখে দেওয়া হয়েছে। গরম পানির ড্রিল সরিয়ে নেওয়ার সঙ্গে সঙ্গেই আবার বরফ জমতে শুরু করেছে, ফলে ওভাবেই নির্দিষ্ট জায়গায় বসে গেছে লাইট ডিটেক্টরগুলো। সে জন্যই সবচেয়ে ওপরের স্ট্রিংগুলোও প্রায় দেড় কিলোমিটার বা এক মাইলের মতো গভীরে অবস্থান করছে। মজার ব্যাপার হচ্ছে, গর্তগুলো করা হয়েছে বরফ পৃষ্ঠতলের এক কিলোমিটার জায়গার চারপাশে ষড়ভূজাকৃতিতে। ফলে এক কিলোমিটারের মতো এই জায়গাটুকু জুড়ে বসানো পাঁচ হাজারেরও বেশি ডিটেক্টর এক কিলোমিটারের মধ্যকার প্রায় এক বিলিয়ন বা ১০০ কোটি টনের মতো অ্যান্টার্কটিক বরফ সারাক্ষণ পর্যবেক্ষণ করে চলেছে। বলে রাখা ভালো, এই অ্যান্টার্কটিক বরফ হচ্ছে প্রাকৃতিকভাবে পাওয়া সবচেয়ে স্বচ্ছ জিনিস। এটি এমনকি হীরের চেয়েও স্বচ্ছ!

সায়েন্টিফিক আমেরিকান একবার আইসকিউব অবজারভেটরির কথা বলতে গিয়ে লিখেছিল, আধুনিক জ্যোতির্বিদ্যার সাত আশ্চর্যের হিসেব করা হলে এটি হবে এদের মধ্যে সবচেয়ে অদ্ভুত জিনিস। এই মানমন্দিরের সবচেয়ে অদ্ভুত ব্যাপার হলো, অন্যান্য টেলিস্কোপের মতো এটি ওপরের দিকে তাক করা নেই, বরং এর চোখ বরফের মধ্য দিয়ে নিচে তাক করা। হ্যাঁ, আইসকিউব অবজারভেটরির আসল কাজ হলো দক্ষিণ মেরুতে বসে উত্তরের আকাশ পর্যবেক্ষণ করা!

স্বাভাবিক। কারণটা আসলে আগেই বলা হয়েছে। এখন পর্যন্ত আমাদের জানা কণাদের মধ্যে একমাত্র নিউট্রিনোকেই দেখা গেছে মিথস্ক্রিয়া না করে, শোষিত না হয়ে কিংবা ধাক্কা খেয়ে পথ বদলে অন্যদিকে ছুট না দিয়ে নির্বিকারভাবে আস্ত একটি গ্রহের মধ্য দিয়েও চলে যেতে পারে। অর্থাৎ অন্য কোনো কণা এসে পড়ে অযথা ভুল সিগন্যাল যেন না দেয়, সে জন্য আইসকিউব অবজারভেটরি মূলত পৃথিবীকে ঢাল হিসেবে ব্যবহার করে। কাজেই উত্তর দিক থেকে কোনো কণা যদি পৃথিবী পেরিয়ে এপাশে এসে আইসকিউব অবজারভেটরির পাল্লায় পড়ে, নিশ্চিতভাবে বলা যাবে, এটি নিউট্রিনোই।

সাত বছর পরিশ্রমের পর অবশেষে ২০১০ সালে নির্মাণকাজ শেষ হয় আইসকিউব অবজার্ভেটরির। ফ্র্যান্সিস হ্যালজেনের ভাষায়, অন্ধকার একটা ঘরে হাতড়ে হাতড়ে টেলিস্কোপ বানানোর সঙ্গে এর কোনো পার্থক্য নেই। যদিও সাত বছরের কোনোটিতেই পুরো বছর কাজ করা সম্ভব হয়নি। দক্ষিণ গোলার্ধতে যখন গ্রীষ্মকাল চলেছে—মোটামুটি নভেম্বর থেকে ফেব্রুয়ারির শেষপর্যন্ত—সে সময়টুকুতেই কেবল কাজ করা সম্ভব হয়েছে। এরপর শুরু হয়েছে অপেক্ষা।

নিউট্রিনো যেহেতু সবকিছুর মধ্য দিয়েই নির্বিকারভাবে ছুট দেয়, স্বাভাবিকভাবেই নিউট্রিনোর দল আইসকিউব অবজারভেটরির মধ্য দিয়েও চলে গেছে এবং যাচ্ছে, প্রতিমুহুর্তে। সাধারণত কিছু না করলেও হঠাৎ কোনো সময় ডিটেক্টরের ভেতরে কিংবা এর চারপাশের বরফের সঙ্গে, কিংবা বরফের নিচে পৃথিবীর ভেতরের পাথরের সঙ্গে মিথস্ক্রিয়া করে কোনো ধরনের চার্জিত কণা উৎপন্ন করে নিউট্রিনো। এসব কণা নিউট্রিনো যেদিকে আসছিল, সেদিকেই ছুট দেয়, সঙ্গে করে বয়ে নেয় মৃদু নীল আলো। আইসকিউবের লাইট ডিটেক্টর এই আলো শনাক্ত করতে পারে। ডিটেক্টরের কোনদিক থেকে আলোটি এসেছে, সেই হিসেবে বিজ্ঞানীরা চার্জিত কণাটি এবং এর পেছনে দায়ী নিউট্রিনোটির ছুটে আসার দিক শনাক্ত করতে পারেন। অনেক ক্ষেত্রেই চার্জিত কণাটি হয় মিউয়ন, তবে অন্য কণাও হতে পারে। তবে এসব কিছুর চেয়ে বিজ্ঞানীদের কাছে পরম আকাঙ্খিত হচ্ছে কণাটির সঙ্গে বয়ে আনা মৃদু নীলচে আলোটুকুই। ওতেই যে লুকিয়ে থাকে গুরুত্বপূর্ণ সব তথ্য!

২০১৩ সালের নভেম্বরের কথা। প্রথমবারের মতো আইসকিউব অবজার্ভেটরির বিজ্ঞানীরা বহিঃর্বিশ্ব থেকে আসা উচ্চশক্তির নিউট্রিনো শনাক্তের ঘোষণা দেন। এরপর থেকে নিয়মিতই উচ্চশক্তির নিউট্রিনো শনাক্ত করছে আইসকিউব অবজারভেটরি। ফলে নিউট্রিনোকে ঘিরে তৈরি হয়েছে জ্যোতির্বিজ্ঞানের আস্ত একটি শাখা—নিউট্রিনো জ্যোতির্বিজ্ঞান। আর বরফের বুকে শুয়ে মহাকাশের অচিন কোনো অঞ্চল থেকে ছুটে আসা নিউট্রিনোর খোঁজে ক্লান্তিহীনভাবে উত্তরের আকাশে চোখ বুলিয়ে যাচ্ছে আইসকিউব মানমন্দির।

সূত্র: ১. ঝটপট জ্যোতিঃপদার্থবিজ্ঞান, মূল: অ্যাস্ট্রোফিজিকস ফর পিপল ইন আ হারি, লেখক: নীল ডিগ্র্যাস টাইসন, অনুবাদ: আবুল বাসার ও উচ্ছ্বাস তৌসিফ, প্রকাশক: তাম্রলিপি, ২০১৯

২. দ্য টেলিস্কোপ ইন দ্য আইস, মার্ক ব্রাউন, সেন্ট মার্টিনস প্রেস, ২০১৭

৩. ভুতুড়ে কণা নিউট্রিনো, আবুল বাসার, বিজ্ঞানচিন্তা