১৯৭০-এর দশকের স্ট্যান্ডার্ড মডেলে ধরে নেওয়া হয়েছিল যে নিউট্রিনো হলো সম্পূর্ণ ভরহীন, সর্বদা আলোর গতিতে চলা এবং কেবলমাত্র বাম-হাতি স্পিনযুক্ত ভূতুড়ে কণা। কিন্তু সূর্য এবং পৃথিবীর বায়ুমণ্ডল থেকে আসা নিউট্রিনো পরিমাপ করতে গিয়ে বিজ্ঞানীরা লক্ষ্য করেন যে প্রত্যাশিত কণার অর্ধেকেরও বেশি রহস্যজনকভাবে নিখোঁজ হয়ে যাচ্ছে! ১৯৯৮ সালে জাপানের সুপার-কামিওকান্দে এবং ২০০১ সালে কানাডার সাডবেরি নিউট্রিনো অবজারভেটরি (SNO) প্রমাণ করে যে নিউট্রিনো চলার পথে রূপ পরিবর্তন করে: সূর্যের কেন্দ্রে তৈরি ইলেকট্রন নিউট্রিনো পৃথিবীতে পৌঁছানোর আগেই মিউয়ন বা টাউ নিউট্রিনোতে রূপান্তরিত হয়ে যায়। এই নিউট্রিনো দোলন (Neutrino Oscillations) স্ট্যান্ডার্ড মডেলের বাইরে নতুন পদার্থবিজ্ঞানের প্রথম অনস্বীকার্য বাস্তব প্রমাণ।

১. ফ্লেভার স্টেট বনাম ভর আইগেনস্টেট

দুর্বল মিথস্ক্রিয়ায় তৈরি হওয়া ফ্লেভার স্টেটগুলো ($|nu_erangle, |nu_murangle, |nu_taurangle$) নির্দিষ্ট ভরের কণা নয়; তারা তিনটি ভিন্ন ভিন্ন ভর আইগেনস্টেটের ($|nu_1rangle, |nu_2rangle, |nu_3rangle$) কোয়ান্টাম সুপারপজিশন। এই রূপান্তর ঘটে ৩x৩ পিএমএনএস (PMNS) ম্যাট্রিক্স দ্বারা:

[
|nu_alpharangle = sum_{i=1}^3 U_{alpha i}^* |nu_irangle
]

২. দোলন সম্ভাব্যতা সূত্র

চলার পথে বিভিন্ন ভরের নিউট্রিনো তরঙ্গের দশার (Phase) মধ্যে পার্থক্য তৈরি হয়। ফলে $L$ দূরত্ব অতিক্রম করার পর একটি নিউট্রিনোর অন্য ফ্লেভারে রূপান্তরিত হওয়ার সম্ভাবনা দাঁড়ায়:

[
P(nu_alpha to nu_beta) propto sin^2(2theta) sin^2left( frac{Delta m^2 L}{4E} right)
]

এখানে $Delta m^2 = m_i^2 – m_j^2$ হলো ভরের বর্গের পার্থক্য। যদি নিউট্রিনো ভরহীন হতো ($m=0$), তবে $Delta m^2 = 0$ হতো এবং দোলন কখনোই সম্ভব হতো না। পরীক্ষাগারে এই দোলন শনাক্ত হওয়াই প্রমাণ করে যে নিউট্রিনোর নিশ্চিতভাবে অশূন্য নিশ্চল ভর রয়েছে।

৩. সুপার-কামিওকান্দে ও এসএনও পরীক্ষা

বায়ুমণ্ডলে মহাজাগতিক রশ্মির সংঘর্ষে তৈরি মিউয়ন নিউট্রিনোর হ্রাস পর্যবেক্ষণ করে তাকাকি কাজিতা (১৯৯৮) এবং ভারী পানিতে সূর্যের মোট নিউট্রিনোর প্রবাহ ও রূপান্তর পরিমাপ করে আর্থার ম্যাকডোনাল্ড (২০০১) নিউট্রিনো দোলন প্রমাণ করেন, যার জন্য ২০১৫ সালে তাঁরা পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার পান।

৪. সী-স মেকানিজম (Seesaw Mechanism)

নিউট্রিনোর ভর কেন ইলেকট্রনের চেয়েও লাখ লাখ গুণ হালকা ($m_nu < 0.1 text{ eV}$)? সী-স মেকানিজম অনুসারে, গ্র্যান্ড ইউনিফাইড স্কেলে ($10^{14} text{ GeV}$) অত্যন্ত ভারী ডান-হাতি মায়োরানা নিউট্রিনোর উপস্থিতির কারণে সাধারণ নিউট্রিনোর ভর অবিশ্বাস্য রকম হালকা হয়ে যায়:

[
m_nu approx frac{m_D^2}{M_R} sim frac{(100 text{ GeV})^2}{10^{14} text{ GeV}} approx 0.1 text{ eV}
]

নিউট্রিনোর এই অতি ক্ষুদ্র ভরই হলো স্ট্যান্ডার্ড মডেলের সীমানা পেরিয়ে মহাবিশ্বের পরম একীকরণের দিকে আমাদের প্রথম পরীক্ষামূলক প্রবেশদ্বার।

শাকিল মাহমুদ সজল

শাকিল মাহমুদ সজল

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