आकाशाकडे पाहताना आपल्याला सर्वप्रथम काय दिसते? चंद्र, तारे, ग्रह, आकाशगंगा…आणि अर्थातच प्रकाश.हजारो वर्षांपासून माणूस प्रकाशाच्या मदतीने विश्वाचा अभ्यास करीत आला आहे. रेडिओ लहरी, क्ष-किरण, गॅमा किरण अशा प्रकाशाच्या वेगवेगळ्या रूपांनी विश्वाची अनेक गुपिते उलगडली.
पण विश्वात काही संदेशवाहक असे आहेत, जे प्रकाशापेक्षाही वेगळे आहेत. ते अत्यंत अबोल आहेत, पदार्थातून जवळजवळ काहीही न झाल्यासारखे आरपार जातात.त्यांचं नाव—न्यूट्रिनो.
आणि या ‘न्यूट्रिनो’ला पकडण्यासाठी पृथ्वीच्या दक्षिण टोकाला बर्फात एक अवाढव्य वेधशाळा उभी करण्याची कल्पना मांडणारे शास्त्रज्ञ म्हणजे फ्रान्सिस हॅल्झेन.
२०२६ चा भौतिकशास्त्रातील नोबेल पुरस्कार त्यांना खगोलभौतिकीय उगम असलेल्या उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनोंच्या शोधासाठी देण्यात आला.
आधी हा न्यूट्रिनो कोण?
न्यूट्रिनो हा मूलभूत कण आहे.त्याला विद्युतभार नाही.महणजे धन किंवा ऋण कुठालाच भार नाही. त्यामुळे इतर कोणत्याही कणांशी त्याचा संवाद होत नसतो. म्हणूनच सूर्याच्या केंद्रातून निघालेला न्यूट्रिनो सूर्य, अवकाश, पृथ्वी—सगळं जवळजवळ आरपार पार करून जाऊ शकतो.
न्यूट्रिनोचे तीन प्रकार मानले जातात—इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो, म्युऑन न्यूट्रिनो आणि टाऊ न्यूट्रिनो. आणि गंमत म्हणजे हे कण प्रवास करताना एका प्रकारातून दुसऱ्या प्रकारात बदलू शकतात. या शोधातून न्यूट्रिनोंना वस्तुमान आहे हे स्पष्ट झाले.
२०१५ चा नोबेल पुरस्कार याच शोधासाठी ताकाकी काजिता आणि आर्थर मॅक्डोनाल्ड यांना देण्यात आला होता. अडचण अशी आहे की न्यूट्रिनो इतर कोणत्याही पदार्थाशी क्वचितच धडकतो.
समजा आपण एक मोठी भिंत उभी केली आणि तिच्यातून अब्जावधी न्यूट्रिनो सोडले.त्यापैकी बहुतेकभिंतीला काही झालंच नाही अशा थाटात आरपार निघून जातील! मग त्यांना पकडायचं तरी कसं?
हॅल्झेन यांची कल्पना विलक्षण होती—पाण्याचा किंवा कृत्रिम पदार्थाचा प्रचंड मोठा डिटेक्टर बांधण्याऐवजी निसर्गाने तयार केलेला दक्षिण ध्रुवाचा बर्फच डिटेक्टर म्हणून वापरू या.
ऐकायला सोपं वाटलं तरी प्रत्यक्षात मात्र हे जवळजवळ वेडेपणाचं काम होतं.
दक्षिण ध्रुवावर सुमारे २.५ किलोमीटर खोल बर्फात छिद्रं पाडायची, त्यात प्रकाशसंवेदक बसवायचे आणि अशा ८६ तारांवर मिळून ५,१६० डिजिटल ऑप्टिकल मॉड्यूल्स तैनात करायचे.अशा प्रकारे सुमारे एक घन किलोमीटर बर्फाचचा एक प्रचंड कण न्युट्रिनोचा वेध घेण्यासाठी तयार करण्यात आला.
या क्युबिकल वेधशाळेचं नाव—IceCube.
IceCube नाव ऐकायला एखाद्या फ्रीजमधल्या चौकोनी बर्फाच्या तुकड्यासारखा ; पण काम मात्र संपूर्ण विश्वाचा माग काढण्याचं!
आता बर्फ न्यूट्रिनोला कसं पकडतो?
न्यूट्रिनो स्वतः प्रकाश देत नाही. पण कधीतरी तो बर्फातील एखाद्या अणूच्या केंद्राशी धडकतो. त्या धडकेत दुसरा कण चार्ज होतो.हा कण बर्फातून अत्यंत वेगाने जाताना एक अतिशय क्षीण निळसर प्रकाश निर्माण करतो. याला Cherenkov radiation म्हणतात.
IceCube मधील हजारो प्रकाशसंवेदक हा क्षीण प्रकाश टिपतात.मग शास्त्रज्ञ त्या प्रकाशाची वेळ, दिशा आणि तीव्रता यांचा अभ्यास करून सांगतात—हा कण किती ऊर्जेचा होता आणि तो आकाशाच्या कोणत्या दिशेने आला असावा.
म्हणजे थोडक्यात— न्यूट्रिनो दिसत नाही; पण तो बर्फात पाऊलखूणा सोडून जातो.एक प्रकारची ही प्रकाशाची स्वाक्षरीचआणि त्या स्वाक्षरीतून विश्वाचा संदेश वाचला जातो.
२०१३ : विश्वाची पहिली मोठी खूण
IceCube ने २०१३ मध्ये अत्यंत उच्च-ऊर्जेच्या न्यूट्रिनोंचा असा प्रवाह शोधला, ज्याचा उगम पृथ्वीच्या वातावरणात किंवा आपल्या सौरमालेत नव्हता. त्यावेळी २८ अतिशय उच्च-ऊर्जेच्या घटनांचे पुरावे मिळाले. त्यातील काही न्यूट्रिनोंची ऊर्जा प्रचंड होती.
यातील दोन न्यूट्रिनोंची ऊर्जा तर १ PeV पेक्षा जास्त होती—पेटा-इलेक्ट्रॉनव्होल्ट. पृथ्वीवरील कण-त्वरकांमधून निर्माण होणाऱ्या कणांच्या तुलनेत ही ऊर्जा विलक्षण मोठी होती.
आता एक नवं विश्व उघडलं होतं.
यापूर्वी आपण विश्वाकडे मुख्यतः प्रकाशाच्या माध्यमातून पाहत होतो.
आता आपण न्यूट्रिनोंच्या माध्यमातूनही विश्व पाहू शकत होतो.
प्रकाश जिथे थांबतो, तिथे न्यूट्रिनो जातो
ही IceCube ची सर्वात मोठी ताकद आहे.
फ्रान्सिस हॅल्झेन यांची कहाणी केवळ ‘न्यूट्रिनो शोधला’ अशी नाही. न्यूट्रिनोचा शोध त्यांच्या आधीच लागला होता.
त्यांचं मोठं योगदान म्हणजे—न्यूट्रिनोला विश्वाचा संदेशवाहक बनवण्याची कल्पना प्रत्यक्षात आणणे.
ते बेल्जियममध्ये शिकले. १९६९ मध्ये KU Leuven येथून पीएच.डी. घेतली आणि १९७१ मध्ये अमेरिकेतील University of Wisconsin–Madison येथे आले. १९८०च्या दशकात त्यांना न्यूट्रिनोच्या माध्यमातून विश्वाचा अभ्यास करण्याची कल्पना आकर्षित करू लागली. पुढे AMANDA या प्रयोगापासून Ice Cube पर्यंतचा प्रवास सुरू झाला.
म्हणजे आधी कल्पना. मग प्रयोग. मग दक्षिण ध्रुवातील बर्फ.
त्यात रोवलेले हजारो सेन्सर. आणि अखेरीस—विश्वातून आलेले न्यूट्रिनो.
न्यूट्रिनोची गंमत अशी की आपण त्यांना पकडू शकत नाही असं वाटतं;पण तेच आपल्याला विश्वाच्या सर्वात हिंसक आणि दूरच्या घटनांची माहिती देऊ शकतात.
आज IceCube मुळे खगोलशास्त्रात एक नवा शब्द महत्त्वाचा झाला आहे—Neutrino Astronomy.
एकेकाळी आकाश पाहण्यासाठी दुर्बीण उचलली जायची.
नंतर रेडिओ दुर्बीण आली.
मग क्ष-किरण आणि गॅमा-किरण वेधशाळा आल्या.
आता दक्षिण ध्रुवाच्या बर्फाखाली एक अशी ‘दुर्बीण’ आहे, जी डोळ्यांना न दिसणाऱ्या कणांच्या मदतीने विश्वाचा इतिहास वाचते.
आणि म्हणूनच फ्रान्सिस हॅल्झेन यांचा नोबेल हा फक्त एका प्रयोगाचा गौरव नाही.
तो एका विलक्षण विचाराचा विजय आहे—
‘विश्व आपल्याला फक्त प्रकाशातूनच बोलत नाही; कधी कधी ते बर्फातूनही संदेश पाठवतं
