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High-Energy Neutrino Tomography of the Earth's Interior with IceCube

आइसक्यूब न्यूट्रिनो ऑब्जर्वेटरी से 10.7 वर्षों के उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो डेटा का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने सफलतापूर्वक पृथ्वी के रेडियल घनत्व प्रोफाइल को पुनर्गठित किया और इसके द्रव्यमान एवं जड़त्व आघूर्ण (moment of inertia) को प्राप्त किया, जो इन भू-भौतिकीय गुणों के अब तक के सबसे सटीक दुर्बल-परस्पर क्रिया (weak-interaction) मापन प्रदान करता है और पारंपरिक भूकंपीय एवं गुरुत्वाकर्षण विधियों के साथ पृथ्वी के आंतरिक भाग के एक नवीन, पूरक प्रोब के रूप में न्यूट्रिनो की क्षमता को प्रदर्शित करता है।

मूल लेखक: The IceCube Collaboration, R. Abbasi, M. Ackermann, J. Adams, J. A. Aguilar, M. Ahlers, J. M. Alameddine, S. Ali, N. M. Amin, K. Andeen, C. Argüelles, S. Athanasiadou, S. N. Axani, R. Babu, X. Bai, A.
प्रकाशित 2026-07-09
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CC BY 4.0

मूल लेखक: The IceCube Collaboration, R. Abbasi, M. Ackermann, J. Adams, J. A. Aguilar, M. Ahlers, J. M. Alameddine, S. Ali, N. M. Amin, K. Andeen, C. Argüelles, S. Athanasiadou, S. N. Axani, R. Babu, X. Bai, A. Balagopal V., S. W. Barwick, V. Basu, R. Bay, J. J. Beatty, J. Becker Tjus, P. Behrens, J. Beise, C. Bellenghi, S. Benkel, S. BenZvi, D. Berley, E. Bernardini, D. Z. Besson, E. Blaufuss, L. Bloom, S. Blot, F. Bontempo, J. Y. Book Motzkin, C. Boscolo Meneguolo, S. Böser, O. Botner, J. Böttcher, J. Braun, B. Brinson, Z. Brisson-Tsavoussis, L. Brusa, R. T. Burley, D. Butterfield, K. Carloni, J. Carpio, N. Chau, Y. C. Chen, Z. Chen, D. Chirkin, S. Choi, A. Chubarov, B. A. Clark, G. H. Collin, D. A. Coloma Borja, A. Connolly, J. M. Conrad, D. F. Cowen, C. De Clercq, J. J. DeLaunay, D. Delgado, T. Delmeulle, S. Deng, P. Desiati, K. D. de Vries, G. de Wasseige, T. DeYoung, J. C. Díaz-Vélez, S. DiKerby, T. Ding, M. Dittmer, A. Domi, L. Draper, L. Dueser, D. Durnford, K. Dutta, M. A. 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मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। ✨ नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

कल्पना कीजिए कि पृथ्वी एक विशाल, चमकती हुई मार्बल की तरह है, लेकिन हम इसकी सतह को देखने के बजाय इसके कोर (केंद्र) के भीतर क्या हो रहा है, उसे देखना चाहते हैं। लंबे समय से, वैज्ञानिक भूकंपों के बाद पृथ्वी के "बजने" (जैसे एक घंटी बजती है) को सुनकर (सीस्मोलॉजी) या गुरुत्वाकर्षण से इसे तौलकर इसके भीतर झांकने की कोशिश कर रहे हैं। लेकिन इसे देखने का एक तीसरा, बहुत ही अजीब तरीका भी है: न्यूट्रिनो नामक भूतिया कणों का उपयोग करना।

न्यूट्रिनो को परम भूतों के रूप में सोचें। इनका कोई विद्युत आवेश नहीं होता और ये लगभग किसी भी चीज़ के साथ बहुत कम अंतःक्रिया (interact) करते हैं। ये पूरे पृथ्वी के माध्यम से बिना किसी परमाणु से टकराए निकल सकते हैं, जब तक कि वे बहुत ऊर्जावान न हों। लेकिन यहाँ एक तरकीब है: यदि उनके पास पर्याप्त ऊर्जा है, तो वे कभी-कभार पदार्थ से टकराते हैं, और पदार्थ जितना घना होगा, उनके रुकने की संभावना उतनी ही अधिक होगी।

यही वह तरीका है जिसे IceCube न्यूट्रिनो ऑब्जर्वेटरी ने अपनाया। दक्षिण ध्रुव पर बर्फ की गहराई में स्थित, IceCube बर्फ के एक क्यूबिक किलोमीटर में दबे हजारों प्रकाश सेंसरों से बने एक विशाल, अदृश्य जाल की तरह है। 10.7 वर्षों (2011 से 2022 तक) के दौरान, इसने इन भूतिया कणों में से 368,071 को पकड़ा। इनमें से अधिकांश "वायुमंडलीय न्यूट्रिनो" थे—वे भूत जो कॉस्मिक किरणों (अंतरिक्ष से आने वाले कणों) के हमारे वायुमंडल से टकराने पर मलबे की बौछार के रूप में पैदा होते हैं।

वैज्ञानिकों ने पृथ्वी को पांच संकेंद्रित, समान घनत्व वाले कोशों (जैसे पांच परतों वाला एक प्याज) के रूप में माना। उन्होंने देखा कि विभिन्न कोणों से कितने न्यूट्रिनो पृथ्वी के माध्यम से गुजरे।

  • सीधे नीचे से आने वाले न्यूट्रिनो (जो पूरे ग्रह के माध्यम से यात्रा करते हैं) को सबसे घने हिस्सों से गुजरना पड़ा।
  • किनारे से आने वाले न्यूट्रिनो ने केवल बाहरी परतों को छुआ।

यह गणना करके कि विभिन्न ऊर्जाओं और कोणों पर कितने न्यूट्रिनो गायब हुए (कम हुए या 'attenuated' हुए), टीम यह पता लगा सकी कि पृथ्वी की प्रत्येक परत कितनी घनी है। यह धुंधले कमरे में टॉर्च जलाने जैसा है; यदि प्रकाश बहुत कम हो जाता है, तो धुंध घनी है। यदि यह थोड़ा कम होता है, तो धुंध पतली है।

बड़ी खोजें
टीम ने पाया कि न्यूट्रिनो भूतों द्वारा मापा गया पृथ्वी की परतों का घनत्व, उस ज्ञान के बहुत करीब है जो हमें भूकंपों और गुरुत्वाकर्षण से पहले से पता है।

  • उन्होंने पृथ्वी का कुल द्रव्यमान 7.25 × 10²⁴ किग्रा मापा। "वास्तविक" द्रव्यमान (गुरुत्वाकर्षण द्वारा मापा गया) 5.97 × 10²⁴ किग्रा है। हालांकि उनकी संख्या थोड़ी अधिक है, लेकिन वास्तविक मान अभी भी उस सीमा के भीतर आता है जो उनका माप सुझाता है (विशेष रूप से, 95% कॉन्फिडेंस इंटरवल के भीतर)।
  • उन्होंने पृथ्वी का "पोलर मोमेंट ऑफ इनरशिया" (पृथ्वी के घूमने के प्रतिरोध का एक माप) भी निकाला, जो 1.05 × 10³⁸ किग्रा मी² है। यह फिर से मानक मान 8.01 × 10³⁸ किग्रा मी² के करीब है, और मानक मान उनकी अनिश्चितता के दायरे में आराम से आता है।

उन्होंने क्या नहीं पाया (और उन्होंने किसे खारिज कर दिया)
यह शोध स्पष्ट रूप से इस विचार को खारिज करता है कि पृथ्वी खाली है या इसमें पूरी तरह से अलग घनत्व संरचना है। डेटा "वैक्यूम अर्थ" परिकल्पना (यह विचार कि पृथ्वी के भीतर कोई द्रव्यमान नहीं है) को मजबूती से खारिज करता है। मापा गया द्रव्यमान शून्य से 5σ (पाँच मानक विचलन) से अधिक दूर है, जिसका अर्थ है कि इस डेटा के आधार पर पृथ्वी का खाली होना सांख्यिकीय रूप से असंभव है।

उन्होंने यह भी परीक्षण किया कि क्या उनके परिणाम केवल रैंडम शोर (noise) थे। उन्होंने सिमुलेशन चलाए जहाँ उन्होंने यह नाटक किया कि पृथ्वी में मानक घनत्व है और देखा कि किस तरह के "नकली" परिणाम निकल सकते हैं। वास्तविक डेटा उन सिमुलेशन के बिल्कुल बीच में फिट बैठता है, जिससे पता चलता है कि परिणाम ठोस हैं और केवल कोई इत्तेफाक नहीं हैं।

वे कितने आश्वस्त हैं?
लेखक इस बात को लेकर बहुत आश्वस्त हैं कि न्यूट्रिनो पृथ्वी के आंतरिक भाग को देख सकते हैं, लेकिन वे सटीक संख्याओं को लेकर सावधान हैं। वे अपने परिणामों को मानक पृथ्वी मॉडल (जिसे PREM कहा जाता है) के "संगत" (consistent) बताते हैं। वे स्वीकार करते हैं कि उनकी संख्याएँ गुरुत्वाकर्षण-आधारित संख्याओं से थोड़ी अधिक हैं, लेकिन वे इसका श्रेय न्यूट्रिनो पदार्थ के साथ कैसे अंतःक्रिया करते हैं और डिटेक्टर कैसे काम करता है, इसकी ज्ञात अनिश्चितताओं को देते हैं। उन्होंने यह दावा नहीं किया कि उन्होंने पृथ्वी के आंतरिक भाग को "हल" कर दिया है; इसके बजाय, उन्होंने दिखाया कि न्यूट्रिनो हमारे ग्रह के मानचित्रों की जांच करने का एक नया, स्वतंत्र तरीका प्रदान करते हैं।

भविष्य
यह शोध सुझाव देता है कि बड़े डिटेक्टरों और अधिक डेटा के साथ, हम और भी स्पष्ट चित्र प्राप्त कर सकते हैं। अभी, उन्होंने एक "पांच-शेल" मॉडल का उपयोग किया था, लेकिन उन्होंने अधिक विवरण प्राप्त करने के लिए एक सूक्ष्म "आठ-शेल" मॉडल का भी परीक्षण किया। परिणाम स्थिर थे, लेकिन वर्तमान डेटा सरल पांच-परत वाले प्याज मॉडल द्वारा सबसे अच्छी तरह वर्णित है।

संक्षेप में, यह अध्ययन सिद्ध करता है कि हम पृथ्वी के आंतरिक भाग का "एक्स-रे" करने के लिए उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो का उपयोग कर सकते हैं। यह टूलबॉक्स में एक नया उपकरण है, जो गुरुत्वाकर्षण या ध्वनि तरंगों के बजाय कमजोर बल (weak force) का उपयोग करता है, और यह पुष्टि करता है कि पृथ्वी के गहरे आंतरिक भाग के बारे में हमारी वर्तमान समझ सही दिशा में है।

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