उन्होंने दक्षिणी ध्रुव की एक घन किलोमीटर बर्फ़ को ऐसे टेलीस्कोप में बदल दिया, जो दूर अंतरिक्ष से आने वाले कणों को पकड़ता है।
- न्यूट्रिनो ब्रह्मांड की सबसे उग्र जगहों से सीधे उड़कर आते हैं, फिर भी लगभग कभी किसी चीज़ से नहीं टकराते।
- Halzen ने सुझाव दिया कि अंटार्कटिका की बर्फ़ में गहराई तक लाइट सेंसर दबाए जाएँ। इससे वह दुर्लभ चमक पकड़ी जा सकती है, जो तब होती है जब कोई न्यूट्रिनो सचमुच टकराता है।
- 2011 में पूरे हुए IceCube ने हमारे सौर मंडल से बहुत दूर से आने वाले पहले उच्च ऊर्जा वाले न्यूट्रिनो खोजे।
पहले क्या समस्या थी
अंतरिक्ष में कुदरती पार्टिकल एक्सेलरेटर हैं। ये कणों को इतनी ऊर्जा के साथ बाहर फेंकते हैं, जो धरती की किसी भी लैब की पहुँच से दस लाख गुना तक ज़्यादा है। इन स्रोतों के बारे में बहुत कुछ रहस्य था, जैसे कि ये क्या हैं और कहाँ हैं।
ये जो आवेशित कण हमें भेजते हैं, वे रास्ते में चुंबकीय क्षेत्रों से मुड़ जाते हैं, इसलिए उनकी दिशा से कुछ पता नहीं चलता। और रोशनी को धूल रोक सकती है। न्यूट्रिनो सीधी रेखा में चलते हैं और धूल के आर-पार निकल जाते हैं। लेकिन इन्हें पकड़ना इतना मुश्किल है कि कोई भी डिटेक्टर इतना बड़ा नहीं था, जो दूर अंतरिक्ष से आने वाले दुर्लभ उच्च ऊर्जा वाले न्यूट्रिनो देख सके।
यह कैसे काम करता है
दूर की किसी गैलेक्सी में एक विशाल ब्लैक होल के पास बने एक उच्च ऊर्जा वाले न्यूट्रिनो की कल्पना कीजिए। वैज्ञानिकों को जिन जगहों पर शक है, यह उनमें से एक है। यह न्यूट्रिनो अंतरिक्ष को सीधी रेखा में पार करता है। न चुंबकीय क्षेत्र इसे मोड़ते हैं, न धूल इसे रोकती है, और यह पूरी धरती के आर-पार भी निकल सकता है। IceCube के अंदर, सतह से 1,450 से 2,450 मीटर नीचे, इसके बर्फ़ में किसी परमाणु के नाभिक से टकराने की बहुत छोटी-सी संभावना होती है।
अगर यह टकराता है, तो एक आवेशित कण बनता है, जो बर्फ़ में तेज़ी से दौड़ता है और नीली रोशनी का एक हल्का शंकु छोड़ता है। सबसे साफ़ बर्फ़ में यह रोशनी सोखे जाने से पहले लगभग 200 मीटर तक जा सकती है, इसलिए कई सेंसर इसे पकड़ लेते हैं। हर सेंसर पर रोशनी पहुँचने का समय न्यूट्रिनो की दिशा बताता है, और रोशनी की मात्रा उसकी ऊर्जा बताती है।
वायुमंडल भी न्यूट्रिनो बनाता है, इसलिए अकेली एक घटना से शायद ही कुछ साबित होता है। वैज्ञानिक कई घटनाएँ इकट्ठा करते हैं। फिर वे जाँचते हैं कि उनकी ऊर्जा वायुमंडल के बजाय किसी कॉस्मिक स्रोत से मेल खाती है या नहीं।
रात में नाव के पीछे बनती लहरें
एक अंधेरी झील की कल्पना कीजिए, जिस पर हर तरफ़ मोशन सेंसर लगे हैं, और एक नाव है जो दिखाई नहीं देती। आप नाव को नहीं देख सकते, लेकिन उसके पीछे बनने वाली लहरें एक शंकु (कोन) के आकार में फैलती हैं। सेंसर दर्ज करते हैं कि लहर हर सेंसर तक कब पहुँची। इन समयों से आप पता लगा सकते हैं कि नाव किस दिशा में जा रही थी। IceCube में, जब कोई दुर्लभ न्यूट्रिनो किसी परमाणु से टकराता है, तो एक आवेशित कण बनता है। वह कण बर्फ़ में नीली रोशनी का एक शंकु छोड़ता है, जिसका समय सेंसर इसी तरह मापते हैं। यह मिसाल एक जगह काम नहीं करती: न्यूट्रिनो खुद कोई लहर नहीं छोड़ता, और लगभग हर न्यूट्रिनो बिना कोई निशान छोड़े पूरे डिटेक्टर के आर-पार निकल जाता है।
- इससे एक नए तरह के खगोल विज्ञान की शुरुआत हुई: उच्च ऊर्जा वाले ब्रह्मांड को सिर्फ़ रोशनी से नहीं, बल्कि न्यूट्रिनो से भी देखना।
- IceCube ने कॉस्मिक न्यूट्रिनो का एक लगातार प्रवाह दिखाया, जिनकी ऊर्जा एक पेटाइलेक्ट्रॉनवोल्ट तक पहुँचती है। यह लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर की पहुँच से बहुत आगे है।
- इसने पहली बार ऐसे न्यूट्रिनो खोजे जो ख़ास गैलेक्सियों की ओर इशारा करते हैं: 2017 में TXS 0506+056, और 2022 में NGC 1068, जो 4.6 करोड़ प्रकाश वर्ष दूर है। इनमें से कोई भी अभी तक पक्का स्रोत साबित नहीं हुई है।
- 2026 में, 12 साल के डेटा के साथ, IceCube ने हमारी अपनी आकाशगंगा, मिल्की वे, को उच्च ऊर्जा वाले न्यूट्रिनो के स्रोत के रूप में पक्का किया। यह पुष्टि उस स्तर पर हुई, जिसे भौतिक विज्ञानी खोज कहते हैं।
- यह तरीका फैल गया: भूमध्य सागर, बैकाल झील, दक्षिण चीन सागर और कनाडा के तट के पास ऐसे ही टेलीस्कोप बनाए जा रहे हैं। आठ घन किलोमीटर के IceCube-Gen2 की योजना भी है।
10 सेकंड
उन्होंने दूर की गैलेक्सियों से आने वाले भूतिया कणों को पकड़ने के लिए दक्षिणी ध्रुव की बर्फ़ में गहराई तक लाइट सेंसर दबा दिए, और यह तरीका काम कर गया।
बच्चे को
अंतरिक्ष से आने वाले कुछ बहुत छोटे कण बिना किसी चीज़ से टकराए पूरी धरती के आर-पार निकल जाते हैं। Francis Halzen नाम के एक वैज्ञानिक ने दक्षिणी ध्रुव की बर्फ़ में गहराई तक हज़ारों लाइट डिटेक्टर लगाए। जब इनमें से कोई कण बर्फ़ से टकराता है, तो नीली रोशनी की एक छोटी-सी चमक बनती है, और डिटेक्टर उसे पकड़ लेते हैं।
30 सेकंड
न्यूट्रिनो ऐसे कण हैं जो लगभग हर चीज़ के आर-पार निकल जाते हैं, पूरी धरती के भी। इस वजह से वे दूर अंतरिक्ष की उग्र जगहों से आने वाले बेहतरीन संदेशवाहक हैं, लेकिन उन्हें पकड़ना लगभग नामुमकिन है। Francis Halzen ने समझा कि दक्षिणी ध्रुव की साफ़ बर्फ़ एक विशाल डिटेक्टर का काम कर सकती है। उन्होंने उस टीम का नेतृत्व किया, जिसने एक घन किलोमीटर बर्फ़ में लाइट सेंसर भर दिए। 2013 में IceCube ने हमारे सौर मंडल से बहुत दूर से आने वाले उच्च ऊर्जा वाले न्यूट्रिनो का पहला सबूत पेश किया।
2 मिनट
ब्रह्मांड में कुदरती पार्टिकल एक्सेलरेटर हैं, शायद विशाल ब्लैक होल के आसपास के इलाके भी इनमें शामिल हैं। हम जो कुछ भी बना सकते हैं, ये उससे कहीं ज़्यादा ताक़तवर हैं। हम जानना चाहते हैं कि ये क्या हैं, लेकिन ये जो कुछ भेजते हैं, उसका ज़्यादातर हिस्सा रास्ते में मुड़ जाता है या रुक जाता है। न्यूट्रिनो अलग हैं। वे सीधी रेखा में चलते हैं और धूल, ग्रहों और आपके भी आर-पार निकल जाते हैं। मुश्किल यह है कि वे लगभग कभी किसी चीज़ से नहीं टकराते, इसलिए एक बहुत बड़ा डिटेक्टर चाहिए। Halzen का विचार, 1988 में ही, दक्षिणी ध्रुव के नीचे की बर्फ़ का इस्तेमाल करने का था। टीमों ने गर्म पानी से छेद किए और 86 केबलों पर 5,160 लाइट सेंसर नीचे उतारे, लगभग ढाई किलोमीटर की गहराई तक। रात में एक नाव के बारे में सोचिए जो दिखाई नहीं देती, लेकिन पानी पर लगे सेंसरों से उसकी लहरों का पीछा किया जा सकता है। जब कभी-कभार कोई न्यूट्रिनो बर्फ़ में किसी परमाणु से टकराता है, तो वह एक ऐसा कण बनाता है जो नीली रोशनी का एक शंकु छोड़ता है। सेंसर उस रोशनी का समय मापकर पता लगाते हैं कि न्यूट्रिनो कहाँ से आया। 2017 में एक न्यूट्रिनो ने सीधे TXS 0506+056 नाम की एक भड़कती हुई गैलेक्सी की ओर इशारा किया, और दुनिया भर के टेलीस्कोप उसे देखने के लिए उसकी ओर मुड़ गए। यह आसमान को देखने का एक नया तरीका है।
- न्यूट्रिनो (Neutrino)
- एक बहुत छोटा कण, जिस पर कोई चार्ज नहीं होता और जिसका द्रव्यमान लगभग शून्य होता है। यह लगभग हर चीज़ के आर-पार निकल जाता है।
- कॉस्मिक किरणें (Cosmic rays)
- आवेशित कण, ज़्यादातर प्रोटॉन, जो अंतरिक्ष से आकर धरती से टकराते हैं, कभी-कभी बहुत ज़्यादा ऊर्जा के साथ।
- चेरेनकोव रोशनी (Cherenkov light)
- हल्की नीली रोशनी, जो कोई आवेशित कण तब छोड़ता है जब वह बर्फ़ के अंदर रोशनी की रफ़्तार से भी तेज़ चलता है।
- ऑप्टिकल मॉड्यूल (Optical module)
- IceCube का एक सेंसर: लगभग 35 सेमी चौड़ी कांच की गेंद के अंदर एक लाइट डिटेक्टर और इलेक्ट्रॉनिक्स।
- PeV (पेटाइलेक्ट्रॉनवोल्ट, petaelectronvolt)
- कणों की ऊर्जा की एक इकाई। यह उस ऊर्जा के सौ गुना से भी ज़्यादा है, जो LHC एक प्रोटॉन को देता है।
- ब्लेज़ार (Blazar)
- एक गैलेक्सी जिसमें एक विशाल ब्लैक होल होता है, और जिसके कणों की धार (जेट) लगभग सीधे धरती की ओर होती है।
- मल्टी-मैसेंजर खगोल विज्ञान (Multi-messenger astronomy)
- किसी एक कॉस्मिक घटना का एक साथ कई संकेतों से अध्ययन करना, जैसे रोशनी और न्यूट्रिनो।
Sources, reader versions and the quiz are on the English page.