எதிர்ப்பொருள் (THE ANTIMATTER)

எதிர்ப்பொருளைப் பற்றித் தெரிந்து கொள்வதற்கு, முதலில் நாம் சாதாரண பருப்பொருள்களைப் பற்றித் தெரிந்து கொள்ள வேண்டும். நம் கண்முன்னே தெரியும் எந்த ஒரு பொருளும், அணுக்களால் தான் கட்டமைக்கப்பட்டிருக்கிறது. இது நம்மில் பலருக்குத் தெரிந்ததே. ஒவ்வொரு அணுவும், புரோட்டான்கள், எலக்ட்ரான்கள், நியூட்ரான்கள் போன்ற சில அடிப்படைத்  துகள்களினால் கட்டமைக்கப்பட்டிருக்றது.

ஆனால், எதிர்ப்பொருளில் உள்ள அணுக்கள் ஒவ்வொன்றும் எதிர் புரோட்டான்கள் (Anti proton) மற்றும், "பாசிட்ரான்" எனும் எதிர் எலக்ட்ரான்கள் (Anti electron) போன்ற துகள்களால் கட்டமைக்கப்பட்டுள்ளன.

/div

எலக்ட்ரான்கள், எதிர் மின்சுமை கொண்டவை. மேலும் ப்ரோட்டான்கள் நேர் மின்சுமை கொண்டவை. ஆனால், எதிர் எலக்ட்ரான்கள் (பாசிட்ரான்) என்பவை நேர் மின்தன்மை கொண்டவை. மேலும், எதிர் புரோட்டான் என்பவை எதிர் மின்சுமை   கொண்டவை. இவற்றால் கட்டமைக்கப்பட்ட பொருளே "எதிர்ப்பொருள்" எனப்படும்.

ஒரு பொருளும் அதன் எதிர்ப்பொருளும், அவற்றின் மின்சுமையினால் மட்டுமே வேறுபடுகின்றன. அதாவது, எதிர்ப்பொருளால் கட்டமைக்கப்பட்ட ஒரு மேஜையானது, ஒரு சாதாரண மேஜை போலத்தான் இருக்கும். எந்த ஒரு வேறுபாடும் இருக்காது. ஆனால், அந்த இரண்டு மேஜைகளையும், ஒன்றைஒன்று ஒட்டும்பாடி வைத்துவிட்டால், அவை ஒன்றைஒன்று சிதைத்துக்கொண்டு, ஆற்றலாக மாறிவிடும். 

சரி.......

இந்த எதிர்ப்பொருள் இருக்கிறது என்பதை எப்படிக் கண்டுபிடித்திருப்பார்கள்? 

விடையைத் தெரிந்துகொள்வோமா? 

"Paul Dirac" எனும் கணிதவியலாளரால் 1928 ஆம் ஆண்டில், கட்டமைக்கப்பட்ட சமன்பாட்டிலிருந்துதான் எதிர்ப்பொருள் என்ற கோட்பாடு உருவாகியது. இவரைப் பற்றிப் பலருக்குத் தெரிந்திருக்காது. கணிதத்தில் அவர் ஒரு மேதை. எதிர்ப்பொருள் என்ற கோட்பாட்டை முன்வைத்த சமயத்தில், பலர் அதனை நம்பவில்லை. மேலும் அவரை இகழவும் தொடங்கினர்.   

பிறகு 1932 ஆம் ஆண்டில் "Carl David Anderson", எனும் இயற்பியலாளர், ஒரு வெற்றிடப் பகுதியில் நிகழ்த்திய சோதனையில், எலக்ட்ரானின் எதிர்ப்பொருளான "பாசிட்ரான்" எனும் துகள் உருவாக்கப்படுவதைக் கண்டுபிடித்தார். பல சோதனைகளுக்குப் பிறகு எதிர்ப்பொருள் என்பது உறுதிப்படுத்தப்பட்டது. இதற்காக அவர் நோபல் பரிசும் வென்றார். பிறகு எதிர்த்துகள் பற்றிய பல ஆய்வுகள் மேற்கொள்ளப்பட்டு, ஒரு ஹைட்ரஜன் அணுவின் எதிர் துகளையும் நம் விஞ்ஞானிகள் உருவாக்கி விட்டனர். 

ஐன்ஸ்டீனின் E=MC² எனும் சமன்பாட்டின் படி, ஒரு குறிப்பிட்ட நிறைய உடைய துகள் ஆற்றலாகவும், அல்லது ஆற்றல் நிறையாகவும் மாற்றப்படலாம். எனவே, ஒரு பொருள் அதன் எதிர்ப்பொருளுடன்  இணையும்போது, அவை இரண்டும் சிதைவடைந்து ஆற்றலாக மாற்றப்படுகின்றன. 

இந்த இணைவில் அவை, ஆற்றலாக மாற்றப்படுவதற்கு முன்பு அந்தப் பொருள், எதிர்ப்பொருளாகவும், அதன் எதிர்ப்பொருள், சாதாரணப் பொருளாகவும், பல லட்சம் முறை மாறுகின்றன. இந்த நிகழ்வு ஒரு நொடிக்குள் நிகழ்ந்து விடுகிறது. இதன்பிறகே அவை இரண்டும் சிதைவடைந்து ஆற்றலாக மாற்றப்படுகின்றன 

 

பெருவெடிப்பு நிகழ்ந்த அந்த சமயத்தில், துகள்களும் எதிர்த்துகள்களும் ஒன்றாக, ஒரே அளவில் தான் வெளியேற்றப்பட்டன. அப்படியிருக்க அவை அனைத்தும் ஒன்றுடன் ஒன்று இணைந்து, சிதைவடைந்திருக்க வேண்டுமல்லவா? ஆனால், எதிர்த் துகள்கள் மட்டும் சிதைவடைந்து, துகள்கள் தப்பித்துப் பிழைத்துக் கொண்டன. அவற்றால் தான், அணுக்கள் கட்டமைக்கப்பட்டு, நாம் இன்று பார்க்கும் அனைத்தும் உருவாக்கப்பட்டன. இதற்கான காரணம் கீழ் உள்ளவாறு.....

முன்பே கூறப்பட்டிருப்பது போல் துகளும் எதிர்த்துகளும் இணையும்போது அவை ஒரு நொடியில் பல லட்சம் முறை அவற்றின் எதிர் வடிவமாக மாற்றப்படுகின்றன. இதே நிகழ்வுதான் பெருவெடிப்பின்போதிலும் நிகழ்ந்து கொண்டிருந்தது. ஆனால் ஒரு சில இடங்களில், சில அறியப்படாத உட்பொருட்களின் தலையீட்டினால், இரண்டு துகள்களும் சிதைவடைந்து சாதாரண துகளாகவே மாற்றப்பட்டன. இந்த அறியப்படாத பொருட்கள் எவை என்று இதுவரை கண்டுபிடிக்கப்படவில்லை.

100 கோடி இணைவுகளில் ஏதேனும் ஒரு இணைவில் மட்டுமே சாதாரண துகள்கள் உருவாக்கப்பட்டன. மற்றவை அனைத்தும் ஆற்றல்லாகவே மாற்றப்பட்டன. இவ்வாறாக உருவாக்கப்பட்ட துகள்களினால் கட்டமைக்கப்பட்டது தான் இவ்வுலகமும், நாம் பார்க்கும் அனைத்தும். 

 ஒரு கிலோ எதிர்த்துகளானது அதன் சாதாரண துகளுடன் இணையும்போது வெளிப்படும் ஆற்றலானது, ஜப்பானில் நிகழ்ந்த அணுகுணடு வெடிப்பினால் வெளிப்பட்ட ஆற்றலை விட, 3000 மடங்கு அதிகமாக இருக்கும்.

எதிர்த்துகள்களின் உருவாக்கம்:                  

1951ஆம் ஆண்டில் "julian schwinger" எனும் இயற்பியலாளர் "வெற்றிடத்தில் அதிகப்படியான மின்புலத்தைச் செலுத்தும் போது, அது சிறிதளவு சிதைவடைந்து, எலக்ட்ரான் மற்றும் பாசிட்ரான் போன்ற சில துகள்களை உருவாக்கும்" என்ற கோட்பாட்டை முன் வைத்தார். இது சோதனையாக நிகழ்த்தப்பட்டு, அதில் வெற்றியும் கிடைத்தது.

இது தவிர, மெக்னீசியம் 22 அணு, சிதைவடைவதன் மூலமாக, பாசிட்ரான் துகள்கள் உருவாக்கப்படுவதும் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது.

ஆனால் புரோட்டானின் எதிர்ப்பொருளான  எதிர் புரோட்டானை உருவாக்குவதுதான் சிரமமான நிகழ்வாகும். CERN என்னும் அணு ஆராய்ச்சி மையத்தில், ஒரு துகள் முடுக்குவிப்பானின் உதவியுடன், இரண்டு புரோட்டான்களை எதிரெதிர் திசைகளில் அதிவேகத்தில்  (ஒளியின் வேகத்திற்கு அருகில்) மோதவிடுவதன் மூலமாக, எதிர் புரோட்டான்கள் உருவாக்கப்பட்டன. இந்த துகள் முடுக்குவிப்பான், கிட்டத்தட்ட 27 கிலோமீட்டர் சுற்றளவு கொண்டது.

ஒரு புரோட்டான் மற்றும் ஒரு எலக்ட்ரானைக் கொண்டது தான் ஹைட்ரஜன் அணு. எனவே ஒரு எதிர் புரோட்டானையும், ஒரு பாசிட்ரானையும் இணைப்பதன் மூலமாக ஒரு எதிர் ஹைட்ரஜன் அணுவை நம்மால் உருவாக்க முடியுமல்லவா? அவ்வாறாகவே 1995 ஆம் ஆண்டு உலகின் முதல் எதிர் ஹைட்ரஜன் மனிதர்களால் உருவாக்கப்பட்டது. 

இந்த எதிர் ஹைட்ரஜன் அணுவானது சாதாரண ஹைட்ரஜனுடன் இணைந்தால், அது சிதைவடைந்து விடும். எனவே, உருவாக்கப்பட்ட எதிர் ஹைட்ரஜன் அணுவை வெற்றிடத்தில், ஒரு குறிப்பிட்ட காந்தப்புலத்தில் ஓர் இடத்தில் 60 நிமிடங்களுக்கு, கட்டுப்படுத்தி வைத்து, அதனைப் பற்றி விஞ்ஞானிகள் ஆய்வு மேற்கொண்டனர்.

இதுவரை ஒன்பது நானோ கிராம் அளவிலான எதிர் ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் மட்டுமே மனிதனால் உருவாக்கப்பட்டுள்ளது. இதற்கே, இந்திய மதிப்பில் 80 முதல் 170 கோடி ரூபாய் வரை செலவாகியது. இன்றுவரை நாம் கண்டுபிடித்த, எதிர் ஹைட்ரஜன் துகளை, அதன் ஹைட்ரஜன் துகளுடன் இணைப்பதனால் வெளியேற்றப்படும் ஆற்றலை வைத்து, ஒரு தேநீரைக் கூட நம்மால் கொதிக்க வைக்க முடியாது. ஒரு கிராம் எதிர் ஹைட்ரஜனை உருவாக்குவதற்கு மட்டுமே 1000 ட்ரில்லியன் டாலர் அளவில் செலவாகும்.

இவ்வளவு செலவு செய்து ஏன் இந்த எதிர் ஹைட்ரஜனை உருவாக்க வேண்டும்? என்ற கேள்வியும் சிலருக்கு தோன்றிருக்கலாம். அதற்கான பதில் கீழுள்ளவாறு.....

எதிர்த்துகள் உருவாக்கத்தின் பயன்பாடுகள்: 

ராக்கெட்களில் திரவ ஹைட்ரஜன்  எரிபொருளாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இது நம்மில் பலருக்குத் தெரிந்ததே. இந்த திரவ ஹைட்ரஜனை, அதே அளவு எதிர் திரவ ஹைட்ரஜனுடன் இணைப்பதன் மூலமாக, உருவாக்கப்படும் ஆற்றலை வைத்து, ஒளியின் வேகத்தைக் கூட நம்மால் நெருங்க முடியும் என்றும் கூறப்படுகிறது. ஏனென்றால், விண்வெளியில் நாம் ஒரு பொருளை, ஒரு குறிப்பிட்ட வேகத்தில் நகர்த்திவிட்டால், அந்தப் பொருளின் வேகம் மாறாமல், நாம் நகர்த்திய வேகத்திலேயே சென்று கொண்டிருக்கும். 

எனவே, ஒரு விண்கலம் ஒன்றினை விண்வெளியிலிருந்து, ஒளியின் வேகத்தில் ஒரு முறை நகர்த்தி விட்டால், அதே வேகத்தில் அந்த விண்கலம் சென்று கொண்டே இருக்கும். அப்படி ஒரு முறை நகர்த்துவதற்குத் தேவையான எதிர்ப்பொருளை கண்டுபிடித்து விட்டாலே, நாம் ஒளியின் வேகத்தையும் நெருங்கலாம். (ஆனால் ஐன்ஸ்டீனின் கூற்றுப்படி ஒளியின் வேகத்திற்கு சமமான வேகத்தில் நம்மால் பயணிக்க முடியாது. அதனை விட சற்று குறைவான வேகத்தில் பயணிக்கலாம்.) இந்த நிகழ்விற்கு மிக மிக அதிக அளவில் எதிர் ஹைட்ரஜன் தேவைப்படுகிறது.

புற்று நோயைக் கண்டறியும் நிகழ்வான  "Positron Emission Tomography" (PET) எனும் சிகிச்சையிலும்  எதிர்த்துகள்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த சிகிச்சை முறையில், கதிரியக்கத் தன்மை கொண்ட ஒரு பொருளானது, நோயாளியின் உடலில் செலுத்தப்படுகிறது. இவ்வாறு, செலுத்தப்பட்ட கதிரியக்கப் பொருள் சிதைவடைந்து, பாசிட்ரான் துகள்களை உமிழ்கிறது. இந்த பாசிட்ரான் துகள்கள் நோயாளியின் உடலில் உள்ள எலக்ட்ரான் துகள்களுடன் இணைந்து காமா கதிர்களை உருவாக்குகிறது. இந்த காமா கதிர்கள் scanner கருவியினால் ஆராயப்பட்டு, புற்றுநோய் பற்றிய முழு விவரம் தெரிந்துகொள்ளப்படுகிறது.