From Tunnel Overburden Reconstruction to Tidal Measurements via atmospheric muon
HAWL और HAWLU परियोजनाएं एक पोर्टेबल, वाहन-लक्षित डिटेक्टर के साथ पर्वतीय भूभाग का सफलतापूर्वक मानचित्रण करके और एक कॉम्पैक्ट, उन्नत प्रणाली का उपयोग करके एक समुद्री सुरंग में ज्वारीय जल-स्तर के उतार-चढ़ाव को मीटर-स्केल सटीकता के साथ मापकर डायनेमिक म्यूोग्राफी की क्षमताओं का प्रदर्शन करती हैं।
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
पृथ्वी की सतह के बहुत नीचे, आकाश से अदृश्य कणों की एक निरंतर वर्षा होती है। ये कॉस्मिक-रे म्यूऑन (cosmic-ray muons) हैं, जो अंतरिक्ष से आने वाले उच्च-ऊर्जा कणों के हमारे वायुमंडल से टकराने पर उत्पन्न होने वाले उप-परमाणु अंश हैं। अधिकांश पदार्थ के विपरीत, म्यूऑन अविश्वसनीय रूप से कठिन यात्री होते हैं; वे रुकने से पहले सैकड़ों मीटर चट्टान और पानी को भेदकर निकल सकते हैं। यह अनूठी क्षमता उन्हें उन चीजों के भीतर झांकने के लिए प्राकृतिक प्रोब (probes) बनाती है जिन्हें देखना अन्यथा असंभव है। दशकों से, वैज्ञानिकों ने वस्तुओं के आंतरिक घनत्व का मानचित्रण करने के लिए यह देखने हेतु कि कितने म्यूऑन गुजरते हैं, म्यूऑन का उपयोग ज्वालामुखियों और प्राचीन पिरामिडों के हृदय में झांकने के लिए किया है। यदि कोई संरचना सघन है, तो कम म्यूऑन गुजर पाते हैं; यदि वह खोखली या कम घनी है, तो अधिक म्यूऑन पहुँचते हैं। जबकि इस तकनीक का उपयोग लंबे समय से स्थिर वस्तुओं के अध्ययन के लिए किया जाता रहा है, दक्षिण कोरिया के एक नए अध्ययन से पता चलता है कि कैसे इन कणों का उपयोग दुनिया को वास्तविक समय में बदलते हुए देखने के लिए किया जा सकता है, जिसमें एक वाहन के पहाड़ के माध्यम से गुजरने और समुद्र के लयबद्ध उतार-चढ़ाव, दोनों को ट्रैक किया गया है।
चिअंग विश्वविद्यालय (Chung-Ang University) के शोधकर्ताओं की एक टीम ने, जिसका नेतृत्व जीवन सियो (Jiwon Seo) ने किया, इन विचारों का परीक्षण करने के लिए HAWL नामक एक पोर्टेबल सिस्टम विकसित किया। पहले, वे यह देखना चाहते थे कि क्या वे सुरंगों से गुजरते समय सड़क के ऊपर की जमीन का मानचित्र बना सकते हैं। उन्होंने प्लास्टिक स्किंटिलेटर (plastic scintillators) का उपयोग करके एक डिटेक्टर बनाया, जो म्यूऑन के गुजरने पर प्रकाश के साथ चमकते हैं, और उन्हें संवेदनशील सेंसरों से जोड़ा। उन्होंने इस उपकरण को एक कार की डिक्की में लगाया और सोल-यांगयांग एक्सप्रेसवे (Seoul–Yangyang Expressway) के साथ गाड़ी चलाई, जिसमें सैंतालीस सुरंगें शामिल थीं। जैसे ही कार आगे बढ़ी, डिटेक्टर ने ऊपर से आने वाले म्यूऑन की गिनती की। जब कार सुरंग के भीतर थी, तो म्यूऑन को सेंसर तक पहुँचने के लिए ऊपर की पहाड़ी चट्टानों से होकर गुजरना पड़ा। म्यूऑन के आगमन की दर का विश्लेषण करके, टीम पहाड़ की मोटाई की गणना कर सकी। उन्होंने पाया कि उनका सिस्टम 6.0 प्रतिशत की सटीकता के साथ सुरंगों की लंबाई माप सकता था और ऊपर की चट्टान के वजन को 8 से 400 मीटर जल तुल्य (water equivalent) के बीच निर्धारित कर सकता था। इसका अर्थ है कि राजमार्ग की गति से चलने वाला एक एकल डिटेक्टर वास्तविक समय में एक पर्वत श्रृंखला के आकार का प्रभावी ढंग से मानचित्रण कर सकता है।
अध्ययन का दूसरा भाग एक अलग परिवेश में हुआ: बोर्योंग अंडरसी टनल (Boryeong Undersea Tunnel), जो समुद्र के नीचे स्थित 6.9 किलोमीटर का मार्ग है। यहाँ, शोधकर्ताओं ने डिटेक्टर को गतिशील नहीं किया। इसके बजाय, उन्होंने समुद्र के ज्वार-भाटे के प्रभाव को देखने के लिए इसे इकतीस दिनों के लिए एक ही स्थान पर स्थिर छोड़ दिया। विचार सरल लेकिन गहरा था: जैसे-जैसे ज्वार बढ़ता है, सुरंग के ऊपर समुद्री जल की परत मोटी होती जाती है, जिससे अधिक म्यूऑन बाधित होते हैं। जैसे-जैसे ज्वार गिरता है, पानी की परत पतली हो जाती है, और अधिक म्यूऑन गुजर पाते हैं। टीम ने इसी पैटर्न को देखा। अपने माप के दौरान, उन्होंने दर्ज किया कि जब भी पानी का स्तर बढ़ा, म्यूऑन की संख्या में स्पष्ट और लयबद्ध गिरावट आई। उन्होंने गणना की कि ज्वार के प्रत्येक एक मीटर ऊपर उठने पर, म्यूऑन की संख्या में 1.72 प्रतिशत की कमी आती है। इस छोटे लेकिन सुसंगत परिवर्तन ने सिद्ध किया कि उनका डिटेक्टर भूमिगत गहराई से स्वयं समुद्र को तौलने के लिए पर्याप्त संवेदनशील था।
इन परिणामों को वास्तविक सुनिश्चित करने के लिए और यह न कि केवल मौसम का कोई बदलाव है, वैज्ञानिकों ने अन्य कारकों की जाँच की जो गणना को प्रभावित कर सकते हैं। उन्होंने वायुमंडलीय तापमान और दबाव की जाँच की, जो जमीन तक पहुँचने वाले म्यूऑन की संख्या को बदलने के लिए जाने जाते हैं। हालाँकि, उन्होंने मौसम के इन परिवर्तनों और अपने डेटा के बीच कोई महत्वपूर्ण संबंध नहीं पाया। उन्होंने उतार-चढ़ाव के समय का विश्लेषण करने के लिए एक गणितीय तकनीक का भी उपयोग किया, जिससे ज्वार-भाटे का विशिष्ट 12.4 घंटे का चक्र प्रकट हुआ, जिससे पुष्टि हुई कि संकेत समुद्र से आया था न कि किसी यादृच्छिक शोर (random noise) से। अपने निष्कर्षों को और अधिक प्रमाणित करने के लिए, वे डिटेक्टर को उसी समुद्री सुरंग से दस बार ले गए, और चलते हुए स्कैन की तुलना सुरंग के इंजीनियरिंग मॉडल से की। चलते हुए स्कैन से प्राप्त डेटा मॉडल से पूरी तरह मेल खा गया, जिससे सिद्ध हुआ कि डिटेक्टर स्थिर और सटीक था।
यह कार्य दर्शाता है कि म्यूऑन डिटेक्शन स्थिर मानचित्रण के उपकरण से एक गतिशील निगरानी प्रणाली के रूप में विकसित हो रहा है। शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि एक पोर्टेबल उपकरण गति में रहते हुए विशाल क्षेत्रों का स्कैन कर सकता है, और एक स्थिर उपकरण मीटर-स्तर की सटीकता के साथ पर्यावरण में होने वाले धीमे, प्राकृतिक परिवर्तनों को ट्रैक कर सकता है। ये क्षमताएं हमारी पृथ्वी को देखने के नए तरीके खोलती हैं। वही तकनीक जिसने ज्वार और पहाड़ों को मापा, उसका उपयोग संभावित रूप से अन्य बदलते खतरों की निगरानी के लिए किया जा सकता है, जैसे कि विस्फोट से पहले ज्वालामुखी का फूलना, सिंकहोल के आसपास जमीन का खिसकना, या सुनामी के दौरान पानी का तेजी से बढ़ना। अदृश्य कणों को हमारे पैरों के नीचे की दुनिया का लाइव फीड बनाकर, यह शोध हमारे ग्रह के गतिशील स्वरूप को समझने का एक नया तरीका प्रदान करता है।
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