IceCube Neutrino Observatory Nobel Prize 2026: এ বছর পদার্থবিদ্যায় নোবেল পুরস্কার জিতে নিয়েছেন বিজ্ঞানী ফ্রান্সিস হ্যালজেন। আন্টার্কটিকার গভীর বরফের নিচে তৈরি এক অবিশ্বাস্য মানমন্দির ‘আইস কিউব’-এর সাহায্যে তিনি ধরেছেন মহাবিশ্বের সবচেয়ে রহস্যময় কণা ‘নিউট্রিনো’কে। চলুন জেনে নিই, বিজ্ঞানীদের এই যুগান্তকারী আবিষ্কার এবং নিউট্রিনো কণার আদ্যোপান্ত।
Table of Contents
গত ৬ অক্টোবর ২০২৬ তারিখে ঘোষণা করা হয়েছে যে, যুগান্তকারী ‘আইস কিউব’ (IceCube) এক্সপেরিমেন্টের জন্য এ বছর পদার্থবিদ্যায় নোবেল পুরস্কার পেয়েছেন মার্কিন বিজ্ঞানী ফ্রান্সিস হ্যালজেন। আন্টার্কটিকার দক্ষিণ মেরুর বরফের গভীরে তৈরি এই ‘আইস কিউব’ মানমন্দিরটি বিজ্ঞানের ইতিহাসে এক বিরাট অসাধ্য সাধন। এর মাধ্যমে বিজ্ঞানীরা এমন এক কণা শনাক্ত করতে পেরেছেন, যা ধরা প্রায় অসম্ভব বলে মনে করা হতো। তবে এই অবিশ্বাস্য আবিষ্কারটি আসলে কী এবং আইস কিউব কীভাবে কাজ করে, তা পুরোপুরি বুঝতে হলে আমাদেরকে প্রথমেই জানতে হবে ‘নিউট্রিনো’ নামক এক রহস্যময় কণা সম্পর্কে এবং এরা কোথা থেকে আসে।
নিউট্রিনো কী এবং এর বৈশিষ্ট্য (Properties of Neutrinos)
মহাবিশ্বের অন্যতম রহস্যময় এবং কৌতূহলোদ্দীপক কণা হলো ‘নিউট্রিনো’ (Neutrino)। এদেরকে বিজ্ঞানীরা প্রায়শই “ভৌতিক কণা” (Ghost Particles) বলে আখ্যায়িত করেন। নিউট্রিনো হলো মহাবিশ্বের অন্যতম মৌলিক কণা (Fundamental particles), অর্থাৎ এদেরকে ভেঙে আর কোনো ক্ষুদ্রতর কণা পাওয়া যায় না। এদের প্রধান বৈশিষ্ট্যগুলো হলো:
- ভরের রহস্য (Mass): দীর্ঘকাল বিজ্ঞানীদের ধারণা ছিল নিউট্রিনোর কোনো ভর নেই। কিন্তু পরবর্তীতে প্রমাণিত হয় যে, নিউট্রিনোর ভর আছে, তবে তা এতই নগণ্য যে তা মাপা প্রায় অসম্ভব (ইলেকট্রনের ভরের চেয়েও অন্তত দশ লক্ষ গুণ কম)।
- বৈদ্যুতিক আধান বা চার্জ (Charge): নিউট্রিনো বৈদ্যুতিকভাবে সম্পূর্ণ নিরপেক্ষ (Neutral)। এদের কোনো পজিটিভ বা নেগেটিভ চার্জ নেই। চার্জ না থাকার কারণে এরা পরমাণুর ভেতরে থাকা ইলেকট্রন বা প্রোটন দ্বারা আকৃষ্ট বা বিকর্ষিত হয় না।
- গতি (Speed): নিউট্রিনো প্রায় আলোর গতির কাছাকাছি বেগে (সেকেন্ডে প্রায় ৩ লক্ষ কিলোমিটার) ভ্রমণ করে।
- পারস্পরিক ক্রিয়া (Interaction): প্রকৃতির চারটি মৌলিক বলের মধ্যে নিউট্রিনো কেবল ‘উইক নিউক্লিয়ার ফোর্স’ (দুর্বল নিউক্লিয় বল) এবং ‘মহাকর্ষ বল’-এর প্রতি সাড়া দেয়। যেহেতু মহাকর্ষ বল অত্যন্ত দুর্বল এবং নিউট্রিনোর চার্জ নেই, তাই এরা সাধারণ পদার্থের সাথে প্রায় কোনো প্রতিক্রিয়াই করে না। এরা যেকোনো কঠিন বস্তু, গ্রহ, নক্ষত্র এমনকি পুরো গ্যালাক্সি ভেদ করে চলে যেতে পারে, যেন ওই বস্তুগুলোর কোনো অস্তিত্বই নেই!
- ফ্লেভার বা রূপবদল: নিউট্রিনোর তিনটি ধরন বা ‘ফ্লেভার’ রয়েছে— ইলেকট্রন নিউট্রিনো, মিউয়ন নিউট্রিনো এবং টাউ নিউট্রিনো। এরা মহাকাশে ভ্রমণের সময় জাদুর মতো নিজেদের এক রূপ থেকে অন্য রূপে পরিবর্তন করতে পারে (যাকে Neutrino Oscillation বলা হয়)।
আমাদের শরীরের মধ্য দিয়ে কত নিউট্রিনো যাচ্ছে? (Neutrino Flux)
নিউট্রিনোর ভেদনক্ষমতা এবং সংখ্যার ধারণাটি চমকে দেওয়ার মতো। আপনি যখন এই লেখাটি পড়ছেন, তখন আপনার অজান্তেই আপনার শরীরের ভেতর দিয়ে অকল্পনীয় সংখ্যক নিউট্রিনো ছুটে যাচ্ছে।
- আঙুলের মধ্য দিয়ে প্রবাহ: আপনি যদি আপনার একটি আঙুল (বা হাতের বৃদ্ধাঙ্গুলি) তুলে ধরেন, যার ক্ষেত্রফল প্রায় ১ বর্গ সেন্টিমিটার, তবে প্রতি সেকেন্ডে সেই আঙুলের নখের ওপর দিয়ে প্রায় ৬৫ বিলিয়ন থেকে ১০০ বিলিয়ন (৬,৫০০ কোটি থেকে ১০,০০০ কোটি) নিউট্রিনো ভেদ করে বেরিয়ে যাচ্ছে!
- পৃথিবীকে ভেদ করার ক্ষমতা: এই নিউট্রিনোগুলোর বিশাল অংশ আসছে আমাদের সূর্য থেকে। আপনি দিনের বেলায় রোদে দাঁড়িয়ে থাকুন বা রাতের বেলায় অন্ধকার ঘরে থাকুন— নিউট্রিনোর স্রোত কখনো থামে না। রাতের বেলায় সূর্যের নিউট্রিনোগুলো পুরো পৃথিবীকে (হাজার হাজার কিলোমিটার মাটি, পাথর, লাভা) নিচ থেকে ভেদ করে আপনার শরীরের ভেতর দিয়ে ওপরে মহাকাশে চলে যাচ্ছে। পৃথিবী এদের কাছে একটি ফাঁকা জায়গার চেয়ে বেশি কিছু নয়। একটি নিউট্রিনোকে থামাতে হলে প্রায় এক আলোকবর্ষ (আলো এক বছরে যে দূরত্ব অতিক্রম করে) পুরু সিসার (Lead) দেয়াল প্রয়োজন!
আরো পড়ুন: 2025 Nobel Prize in Physics: Quantum Tunneling এবং Energy Quantization-এর অদ্ভুত জগত
পরমাণুর ভেতর নিউট্রিনো কীভাবে থাকে এবং এর জন্ম কোথায়?
এখানে একটি বড় ভুল ধারণা পরিষ্কার করা প্রয়োজন: নিউট্রিনো পরমাণুর ভেতরে স্থায়ীভাবে বাস করে না।
একটি সাধারণ পরমাণুর কেন্দ্রে (নিউক্লিয়াস) থাকে প্রোটন ও নিউট্রন, আর চারপাশে ঘোরে ইলেকট্রন। নিউট্রিনো পরমাণুর গাঠনিক অংশ নয়। তাহলে এরা আসে কোথা থেকে? এরা জন্ম নেয় পারমাণবিক বিক্রিয়ার সময় (Nuclear Reactions)।
- সূর্যের ফিউশন বিক্রিয়া: সূর্যের কেন্দ্রে প্রচণ্ড তাপ ও চাপে যখন হাইড্রোজেন পরমাণু মিলে হিলিয়াম পরমাণু তৈরি করে (নিউক্লিয়ার ফিউশন), তখন বিপুল পরিমাণ শক্তি ও নিউট্রিনো জন্ম নেয়। আমাদের চারপাশে থাকা ৯৯% নিউট্রিনোই সূর্যের সৃষ্টি।
- তেজস্ক্রিয় বিকিরণ (Beta Decay): পৃথিবীতে থাকা বিভিন্ন তেজস্ক্রিয় পদার্থের পরমাণুর নিউক্লিয়াস যখন অস্থিতিশীল হয়ে ভাঙে (বিটা ক্ষয়), তখন একটি নিউট্রন রূপান্তরিত হয়ে একটি প্রোটন ও একটি ইলেকট্রনে পরিণত হয়। এই প্রক্রিয়ার সময় শক্তির ভারসাম্য রক্ষার জন্য একটি নিউট্রিনো (বা অ্যান্টি-নিউট্রিনো) ছিটকে বেরিয়ে আসে।
- মহাজাগতিক ঘটনা: মহাবিশ্বের চরম শক্তিশালী ঘটনা যেমন— সুপারনোভা (নক্ষত্রের মৃত্যু বা বিস্ফোরণ), ব্ল্যাকহোল যখন কোনো নক্ষত্রকে গিলে খায়, বা নিউট্রন স্টারের সংঘর্ষ— এসব ঘটনা থেকে অকল্পনীয় শক্তির নিউট্রিনো তৈরি হয়ে কোটি কোটি আলোকবর্ষ পাড়ি দিয়ে পৃথিবীতে পৌঁছায়।
ফ্রান্সিস হ্যালজেন এবং আইস কিউব এক্সপেরিমেন্ট: এক অসম্ভব স্বপ্নের বাস্তবায়ন
যে কণা কোনো কিছুর সাথেই ধাক্কা খায় না, তাকে ধরবেন কীভাবে? নিউট্রিনো ধরতে হলে আপনাকে বিশাল আকারের একটি “ফাঁদ” বা ডিটেক্টর বানাতে হবে।
বিজ্ঞানীরা হিসাব করে দেখলেন, যদি বিশাল পরিমাণ স্বচ্ছ জলের ট্যাঙ্ক বানানো যায়, তবে কোটি কোটি নিউট্রিনোর মধ্যে অন্তত একটি বা দুটি নিউট্রিনো হঠাৎ জলের পরমাণুর সাথে ধাক্কা খেতে পারে। কিন্তু মহাজাগতিক উচ্চ-শক্তির নিউট্রিনো ধরার জন্য যে সাইজের জলের ট্যাঙ্ক প্রয়োজন, তা বানানো মানুষের পক্ষে অসম্ভব। প্রয়োজন প্রায় এক ঘন-কিলোমিটার (১ কিলোমিটার দৈর্ঘ্য, ১ কিলোমিটার প্রস্থ, ১ কিলোমিটার উচ্চতা) আয়তনের একটি ট্যাঙ্ক!
১৯৯০-এর দশকে পদার্থবিদ ফ্রান্সিস হ্যালজেন ভাবলেন, প্রকৃতিই তো আমাদের এমন একটি ট্যাঙ্ক দিয়ে রেখেছে! আন্টার্কটিকা মহাদেশের বরফের স্তর। দক্ষিণ মেরুর বরফ সাধারণ বরফ নয়। হাজার হাজার বছরের প্রবল চাপে এই বরফের ভেতরের সমস্ত বাতাসের বুদবুদ বেরিয়ে গেছে। ফলে মাটির দেড়-দুই কিলোমিটার নিচের বরফ কাঁচের চেয়েও বেশি স্বচ্ছ (Ultra-transparent) এবং সম্পূর্ণ ঘুটঘুটে অন্ধকার। হ্যালজেন প্রস্তাব করলেন— আমরা ট্যাঙ্ক বানাবো না, আন্টার্কটিকার এই বিশাল স্বচ্ছ বরফখণ্ডটিকেই ডিটেক্টর হিসেবে ব্যবহার করবো!
কীভাবে বরফের ভেতরে গর্ত খোঁড়া হলো?
১ কিলোমিটার গভীর বা বিশাল বরফের ব্লক কেটে তোলা অসম্ভব। তাই ইঞ্জিনিয়াররা এক অভাবনীয় পদ্ধতি বের করলেন— গরম জলের ড্রিল (Hot Water Drilling)।
- প্রথমে ৯০ ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রার ফুটন্ত জল অত্যন্ত উচ্চ চাপে (High pressure) বরফের ওপর স্প্রে করা শুরু হয়।
- এই ফুটন্ত জলের তোড়ে বরফ গলে গিয়ে মাত্র দুই দিনের মধ্যে প্রায় ২.৫ কিলোমিটার (২৫০০ মিটার) গভীর একটি সরু গর্ত তৈরি হয়।
- গর্তের জল আবার জমে বরফ হয়ে যাওয়ার আগেই, বিজ্ঞানীরা দ্রুত একটি লম্বা কেব্ল (তার) সেই গর্তে নামিয়ে দেন। এই কেব্লটির গায়ে বাস্কেটবলের আকারের ৬০টি অত্যাধুনিক আলোর সেন্সর বা ক্যামেরা (যাদের নাম DOM – Digital Optical Module) লাগানো থাকে।
- অল্প সময়ের মধ্যেই গর্তের জল জমে সেন্সরগুলোকে বরফের পেটে চিরস্থায়ীভাবে আটকে ফেলে।
- এভাবে পর পর মোট ৮৬টি গভীর গর্ত করা হয়। পুরো প্রজেক্টটি শেষ হতে প্রায় ১০ বছর (২০১০ সাল পর্যন্ত) সময় লাগে। বরফের গভীরে তৈরি হয় একটি জাল, যা ১ ঘন-কিলোমিটার জায়গা জুড়ে বিস্তৃত। এতে মোট ৫,১৬০টি সেন্সর কাজ করছে।
বরফের ভেতর নিউট্রিনো কীভাবে ধরা পড়ে এবং এর ফলাফল
গভীরে থাকা সেন্সরগুলো আসলে মহাকাশের কোনো আলো দেখে না, এরা সম্পূর্ণ অন্ধকারের মধ্যে একটি বিশেষ “নীল আলোর ঝলকানি”-র অপেক্ষায় থাকে।
যখন কোটি কোটি নিউট্রিনো বরফের ভেতর দিয়ে যায়, তখন দৈবাৎ (হয়তো দিনে মাত্র কয়েকবার) একটি নিউট্রিনো সরাসরি বরফের পরমাণুর নিউক্লিয়াসের সাথে ধাক্কা খায়। এই ভয়ানক ধাক্কার ফলে জন্ম নেয় একটি নতুন চার্জযুক্ত কণা (যেমন: মিউয়ন)।
এই নতুন কণাটি এতই শক্তিশালী হয় যে, তা বরফের ভেতর দিয়ে আলোর চেয়েও বেশি গতিতে ছুটে চলে! জল বা বরফের ভেতর আলোর গতি কিছুটা কমে যায়, তাই বরফের ভেতর অন্য কণা আলোর চেয়ে দ্রুত চলতে পারে। যখন কোনো কণা বরফের ভেতর দিয়ে আলোর চেয়ে দ্রুত বেগে যায়, তখন বিমানের সুপারসনিক বুমের মতো এক ধরনের নীল আলোর বিকিরণ তৈরি হয়, যাকে বলা হয় ‘চেরেনকভ রেডিয়েশন’ (Cherenkov Radiation)।
বরফের ভেতর থাকা হাজার হাজার সেন্সর এই নীল আলোর ঝলকানি ধরে ফেলে। কম্পিউটারে এই সেন্সরগুলোর ডেটা বিশ্লেষণ করে বিজ্ঞানীরা বুঝতে পারেন নিউট্রিনোটি ঠিক কতটা শক্তিশালী ছিল এবং এটি মহাকাশের ঠিক কোন দিক থেকে পৃথিবীতে এসেছে।
এক্সপেরিমেন্ট থেকে প্রাপ্ত ফলাফল ও নতুন যুগের সূচনা:
আইস কিউব এক্সপেরিমেন্টের সবচেয়ে বড় সাফল্য হলো, এটি সাধারণ সৌর নিউট্রিনোর পাশাপাশি মহাবিশ্বের বহু দূর থেকে আসা ‘উচ্চ-শক্তির মহাজাগতিক নিউট্রিনো’ শনাক্ত করতে পেরেছে।
- ২০১৭ সালে আইস কিউব একটি নিউট্রিনো ধরে, যার উৎস খুঁজতে গিয়ে বিজ্ঞানীরা একটি ‘ব্লেজার’ (Blazar – একটি সুপারম্যাসিভ ব্ল্যাকহোল যা আলো ও কণার তীব্র রশ্মি নির্গত করে) আবিষ্কার করেন, যা পৃথিবী থেকে ৪০০ কোটি আলোকবর্ষ দূরে অবস্থিত।
- প্রচলিত জ্যোতির্বিজ্ঞানে আমরা আলো, রেডিও ওয়েভ বা এক্স-রে দিয়ে মহাকাশ দেখি। কিন্তু ধুলোর মেঘ বা ঘন গ্যাসীয় অঞ্চলে আলো আটকে যায়। ব্ল্যাকহোলের কেন্দ্র থেকে আলো বের হতে পারে মহাশূন্যে। কিন্তু নিউট্রিনো কোনো কিছুতে আটকে থাকে না।
ফ্রান্সিস হ্যালজেন এবং তাঁর দলের এই অসাধ্য সাধনের ফলে “নিউট্রিনো অ্যাস্ট্রোনমি” (Neutrino Astronomy) নামক বিজ্ঞানের সম্পূর্ণ নতুন একটি শাখার জন্ম হয়েছে। আমরা এখন আর শুধু মহাবিশ্বকে “দেখছি” না, নিউট্রিনোর মাধ্যমে মহাবিশ্বের সবচেয়ে গভীর, অন্ধকার এবং হিংস্র ঘটনাগুলোকে সরাসরি “অনুভব” করতে পারছি। বরফ খুঁড়ে মহাবিশ্বকে দেখার এই নিখুঁত ইঞ্জিনিয়ারিং এবং পদার্থবিদ্যার মেলবন্ধনের জন্যই এই যুগান্তকারী এক্সপেরিমেন্ট এবং ফ্রান্সিস হ্যালজেনের অবদান বিজ্ঞানের ইতিহাসে অমর হয়ে থাকবে।
