১৯৬০-এর দশকের শেষ পর্যন্ত পদার্থবিজ্ঞানীদের জানা দুর্বল নিউক্লিয়ার ক্ষয়গুলোতে (যেমন নিউট্রনের বিটা ক্ষয়: $n to p + e^- + bar{nu}_e$) সর্বদা বৈদ্যুতিক চার্জের পরিবর্তন ঘটত, যা চার্জড কারেন্ট ($W^pm$) দ্বারা বাহিত হতো। কিন্তু ইলেক্ট্রোউইক একীকরণ তত্ত্ব এমন এক নতুন মিথস্ক্রিয়ার ভবিষ্যদ্বাণী করে যা বিজ্ঞানের ইতিহাসে তখন পর্যন্ত কেউ কখনো দেখেনি: চার্জহীন ভারী ভেক্টর বোসন ($Z^0$) বাহিত উইক নিউট্রাল কারেন্ট (Weak Neutral Current)। ১৯৭৩ সালে সার্নের গারগামেল বাবল চেম্বারে চার্জ পরিবর্তন ছাড়া নিউট্রিনো বিক্ষেপণ ধরা পড়ে, যা পরবর্তীতে ১৯৮৩ সালে সার্নে সরাসরি $W$ ও $Z$ বোসন আবিষ্কারের পথ সুগম করে।

১. দুর্বল কারেন্টের গঠন ও সমীকরণ

ইলেক্ট্রোউইক মিথস্ক্রিয়ায় ফার্মিয়নগুলোর সাথে গেজ বোসনের সংযোগ ঘটে:

[
mathcal{L}_{text{int}} = -frac{g}{sqrt{2}} (J_mu^+ W^{+mu} + J_mu^- W^{-mu}) – frac{g}{costheta_W} J_mu^{text{NC}} Z^mu – e J_mu^{text{EM}} A^mu
]

চার্জড কারেন্ট $J_mu^pm$ কেবলমাত্র বাম-হাতি কণার সাথে $V – A$ (ভেক্টর মাইনাস অ্যাক্সিয়াল-ভেক্টর) আকারে যুক্ত হয়, যার কারণে দুর্বল বল সর্বোচ্চ প্যারিটি লঙ্ঘন (Parity Violation) প্রদর্শন করে (যা ১৯৫৭ সালে ড. চিয়েন-শিউং উ প্রমাণ করেন)।

২. নিউট্রাল কারেন্ট ও কাইরাল কাপলিং

দুর্বল নিউট্রাল কারেন্ট $J_mu^{text{NC}}$ বাম-হাতি ও ডান-হাতি উভয় কণার সাথেই যুক্ত হয়, কিন্তু তাদের মিথস্ক্রিয়া শক্তি ভিন্ন থাকে:

[
J_mu^{text{NC}} = sum_f bar{psi}_f gamma_mu (g_V^f – g_A^f gamma^5) psi_f
]

এখানে ভেক্টর ও অ্যাক্সিয়াল কাপলিং ধ্রুবকগুলো নির্ধারিত হয় দুর্বল আইসোস্পিন $T_3$ ও চার্জ $Q$ দ্বারা:

[
g_V^f = frac{1}{2} T_3^f – Q_f sin^2theta_W, quad g_A^f = frac{1}{2} T_3^f
]

৩. ১৯৭৩ সালে গারগামেল বাবল চেম্বার পরীক্ষা

১৯৭৩ সালে সার্নে ১২,০০০ লিটার ফ্রেয়ন গ্যাসে পূর্ণ গারগামেল বাবল চেম্বারে উচ্চ শক্তির মিউয়ন নিউট্রিনো আঘাত করে প্রথমবারের মতো নিউট্রাল কারেন্টের সন্ধান পাওয়া যায়:

[
bar{nu}_mu + e^- longrightarrow bar{nu}_mu + e^-
]

একটি নিউট্রিনো কোনো চার্জ বিনিময় না করেই একটি ইলেকট্রনকে সজোরে ধাক্কা দিয়ে চলে যায়, যা প্রমাণ করে যে চার্জহীন $Z^0$ বোসনের অস্তিত্ব বাস্তব।

৪. ১৯৮৩ সালে সার্নে $W$ ও $Z$ বোসনের সরাসরি আবিষ্কার

কার্লো রুবিয়া সার্নের এসপিএস সুপার প্রোটন সিনক্রোট্রনকে প্রোটন-অ্যান্টিপ্রোটন কোলাইডারে ($sqrt{s} = 540 text{ GeV}$) রূপান্তর করেন। ১৯৮৩ সালে UA1 এবং UA2 ডিটেক্টরে $W$ বোসন ($M_W approx 81 text{ GeV}$) এবং $Z$ বোসন ($M_Z approx 91 text{ GeV}$) সরাসরি শনাক্ত করা হয়। এই যুগান্তকারী আবিষ্কারের জন্য কার্লো রুবিয়া এবং সাইমন ভ্যান ডার মীরকে ১৯৮৪ সালে মাত্র এক বছরের মাথায় নোবেল পুরস্কারে ভূষিত করা হয়।

শাকিল মাহমুদ সজল

শাকিল মাহমুদ সজল

সফটওয়্যার প্রকৌশলী ও লেখক, ঢাকা, বাংলাদেশ। কম্পিউটার বিজ্ঞান, পদার্থবিজ্ঞান, ইতিহাস ও ভাবনার সমন্বয়ে ব্যক্তিগত নোট ও প্রবন্ধ সংকলন।