$CP$-odd form factor in the $HWW$ vertex

ब्रह्मांड उन मूलभूत बलों के एक समूह पर बना है जो पदार्थ को एक साथ थामे रखते हैं और उसे एक दूसरे से दूर धकेलते हैं। दशकों से, भौतिकविदों ने इन बलों और उन्हें ले जाने वाले कणों का वर्णन करने के लिए 'स्टैंडर्ड मॉडल' नामक एक एकल, अत्यधिक सफल सिद्धांत पर भरोसा किया है। इस सिद्धांत के केंद्र में एक विशेष क्षेत्र (फील्ड) है जो अन्य कणों को द्रव्यमान देता है, ठीक वैसे ही जैसे गाढ़े पानी के माध्यम से गुजरना आपको धीमा कर देता है। इस क्षेत्र का भौतिक प्रमाण 'हिग्स बोसोन' नामक एक कण है, जिसकी खोज 2012 में हुई थी। इस खोज के बाद से, वैज्ञानिक इसके गुणों को अत्यधिक सटीकता के साथ मापने में व्यस्त रहे हैं, यह देखने के लिए कि क्या यह बिल्कुल वैसा ही व्यवहार करता है जैसा कि सिद्धांत भविष्यवाणी करता है या क्या यह कुछ नए और अप्रत्याशित संकेतों को दर्शाता है। सिद्धांत का परीक्षण करने का सबसे महत्वपूर्ण तरीकों में से एक यह देखना है कि हिग्स बोसोन अन्य कणों, विशेष रूप से W बोसोन के साथ कैसे परस्पर क्रिया (इंटरेक्शन) करता है, जो कमजोर परमाणु बल (weak nuclear force) के वाहक हैं।

मेक्सिको के बेनेमेरिटा ऑटोनोमा यूनिवर्सिटी ऑफ पोब्ला के शोधकर्ताओं द्वारा किया गया एक नया अध्ययन हिग्स बोसोन और इन W बोसोन के बीच एक बहुत ही सूक्ष्म अंतःक्रिया पर करीब से नज़र डालता है। कण भौतिकी के मानक दृष्टिकोण में, हिग्स बोसोन दो W बोसोन में विघटित (decay) हो सकता है, लेकिन ऊर्जा और द्रव्यमान के नियमों के कारण, यह असंभव है कि इस प्रक्रिया के दौरान दोनों W बोसोन एक ही समय में पूरी तरह से स्थिर और "वास्तविक" हों। उनमें से एक क्षणभंगुर, आभासी (virtual) कण होना चाहिए जो अन्य पदार्थ में बदलने से पहले केवल एक पल के लिए अस्तित्व में रहता है। शोधकर्ताओं ने इस अंतःक्रिया की एक विशिष्ट, दुर्लभ विशेषता पर ध्यान केंद्रित किया जिसमें "पैरिटी" (parity) नामक एक गुण शामिल है, जो अनिवार्य रूप से यह बताता है कि एक प्रणाली दर्पण में प्रतिबिंबित होने पर कैसी दिखती है। जबकि मुख्य बल आमतौर पर बाएं और दाएं के साथ समान व्यवहार करते हैं, कुछ दुर्लभ क्वांटम प्रभाव दर्पण जैसी स्थिति में थोड़ा अंतर पैदा कर सकते हैं। टीम ने यह गणना करने का लक्ष्य रखा कि इस 'मिरर-ब्रेकिंग' (दर्पण तोड़ने वाले) प्रभाव की शक्ति कितनी है, जो एक ऐसा प्रश्न था जिसका संख्यात्मक रूप से पहले उत्तर नहीं दिया गया था।

कणों के अस्तित्व में आने और बाहर जाने वाली जटिल गणनाओं को करने के लिए शक्तिशाली कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने पाया कि यह मिरर-ब्रेकिंग प्रभाव मौजूद तो है, लेकिन यह अत्यंत क्षीण है। उन्होंने पाया कि यह प्रभाव केवल तभी उत्पन्न होता है जब दो W बोसोन के पास ऊर्जा की अलग-अलग मात्रा होती है, जो कि हिग्स बोसोन के क्षय (decay) में हमेशा सत्य रहने वाली स्थिति है। इस प्रभाव का आकार अन्य कणों के लूप (loops) द्वारा निर्धारित होता है, विशेष रूप से भारी क्वार्क्स और लेप्टॉन्स द्वारा, जो इस अंतःक्रिया के भीतर क्षण भर के लिए प्रकट होते हैं। शोधकर्ताओं ने गणना की कि इस प्रभाव की ताकत लगभग एक लाख में एक भाग है। इसे समझने के लिए, यदि आप एक लाख लोगों की भीड़ में इस संकेत को खोजने की कोशिश कर रहे हैं, तो आप एक ऐसे व्यक्ति को ढूंढ रहे होंगे जो थोड़ा तालमेल से बाहर चल रहा है। यह मान इतना छोटा है कि वर्तमान तकनीक द्वारा देखा नहीं जा सकता, जो केवल उन संकेतों को पकड़ सकती है जो दस अरब गुना बड़े हों।

वर्तमान में देखने के लिए बहुत छोटा होने के बावजूद, इस प्रभाव को खोजना महत्वपूर्ण है क्योंकि यह स्टैंडर्ड मॉडल की एक वास्तविक भविष्यवाणी है। शोधकर्ताओं ने दिखाया कि यह सूक्ष्म संकेत भौतिकी के नियमों में मौलिक समरूपता (symmetry) के उल्लंघन के कारण नहीं है, बल्कि लूप में कणों के चलने और परस्पर क्रिया करने के तरीके के कारण है। हालांकि, क्योंकि संकेत जटिल है और इसकी एक विशिष्ट गणितीय संरचना है, यह एक ऐसा बैकग्राउंड शोर (background noise) बनाता है जिसे हटाया नहीं जा सकता। यदि भविष्य में वैज्ञानिक कहीं अधिक बड़ा मिरर-ब्रेकिंग प्रभाव खोजते हैं, तो उन्हें यह सुनिश्चित करने के लिए कि वे कुछ नया देख रहे हैं, यह जानना होगा कि इस नन्हे स्टैंडर्ड मॉडल बैकग्राउंड का आकार वास्तव में कितना था। अध्ययन ने इस बात की भी जांच की कि यह मंद प्रभाव कणों के बाहर निकलने के तरीके को कैसे बदल सकता है। उन्होंने पाया कि यह कणों के लिए एक दिशा में बनाम दूसरी दिशा में जाने, या एक विशिष्ट तरीके से घूमने (spin) के लिए एक बहुत ही सूक्ष्म प्राथमिकता बनाता है। ये प्राथमिकताएं, जिन्हें विषमताएं (asymmetries) कहा जाता है, भी अत्यंत छोटी हैं, जिनका मान दस लाख या एक करोड़ में एक के आसपास है।

शोध पत्र निष्कर्ष निकालता है कि हालांकि ये प्रभाव वास्तविक हैं और पहली बार इनकी गणना की गई है, फिर भी ये हमारे सबसे संवेदनशील डिटेक्टरों के लिए अदृश्य हैं। लार्ज हैड्रोन कोलाइडर, वह विशाल मशीन जिसने हिग्स बोसोन की खोज की थी, अभी इन सूक्ष्म विचलन को मापने के लिए पर्याप्त संवेदनशील नहीं है। शोधकर्ता नोट करते हैं कि कणों के स्पिन और दिशाओं के विश्लेषण में भविष्य के सुधार हमें अंततः इस लक्ष्य के करीब ला सकते हैं। तब तक, यह कार्य एक महत्वपूर्ण मानचित्र के रूप में कार्य करता है, जो स्टैंडर्ड मॉडल द्वारा की गई सटीक आधार रेखा (baseline) को परिभाषित करता है। यह सुनिश्चित करता है कि जब हम अंततः एक ऐसा संकेत देखते हैं जो दर्पण को तोड़ता है, तो हमें निश्चित रूप से पता होगा कि वह नई भौतिकी से आया है न कि किसी ऐसी गणना से जिसे हमने छोड़ दिया था। यह अध्ययन पुष्टि करता है कि ब्रह्मांड अपने वर्तमान नियमों के अनुरूप है, यहाँ तक कि इसके सबसे सूक्ष्म और छिपे हुए कोनों में भी।