প্রায় ২.৫ হাজার বছর আগে, দার্শনিক ডেমোক্রিটাস প্রথম পরমাণুর ধারণা উদ্ভাবন করেন, যার অর্থ ছিল অবিভাজ্য—অর্থাৎ যাকে আর ছোট অংশে ভাগ করা যায় না। আপনি যদি একটি বস্তু নিয়ে তাকে ১/২ করে কাটেন, পরবর্তীতে ওই ১/২ অংশকে আবার ১/২ করেন, এবং এভাবে যদি কাটতেই থাকেন, তবে একটি সময়ে এতটাই ছোট অংশ পাবেন, যাকে আর কাটা সম্ভব হবে না। সেই অংশটিই ছিল গ্রিক সময়ের পরমাণুর ধারণা।
তবে বর্তমান সময়ে, মডার্ন ফিজিক্সের যুগে, বস্তুর ক্ষুদ্রতম মৌলিক অংশের ধারণা এমন জায়গায় এসেছে, যা প্রাচীন দার্শনিকরা হয়তো স্বপ্নেও ভাবেননি। বর্তমানে আমাদের কাছে আছে স্ট্যান্ডার্ড মডেল অফ এলিমেন্টারি পার্টিকেল, যা আমাদেরকে বলে—কোনো একটি বস্তুকে ১/২ করতে করতে শেষ পর্যন্ত অবিভাজ্য কি পাওয়া যাবে। এটি অনেকটা পর্যায় সারণীর মতো। তবে পর্যায় সারণীর সাথে এর পার্থক্য হচ্ছে, পর্যায় সারণী মৌলিক পদার্থ সম্পর্কে বলে, কিন্তু এই মডেল আমাদেরকে বলে মৌলিক কণা সম্পর্কে।
এই কণাগুলো দিয়েই মহাবিশ্বের প্রায় সবকিছু গঠিত। এমনকি সব ধরনের ফোর্স অনুভূত হয় এই সকল কণার মাধ্যমে। সুতরাং আমাদের প্রথমে জানা দরকার—ফান্ডামেন্টাল পার্টিকেল বা মৌলিক কণা আসলে কী কী এবং এরা কী দিয়ে তৈরি। এবং মানুষ কি আদৌ এদের সরাসরি দেখতে পেয়েছে? একটা সময় মনে করা হয়েছিল, পরমাণুই হচ্ছে যেকোনো বস্তুর ক্ষুদ্রতম একক। কিন্তু এরপর দেখা গেল যে পরমাণুতে রয়েছে ইলেকট্রন, প্রোটন, নিউট্রন।
পরবর্তীতে কোয়ান্টাম ফিজিক্স সামনে আসার পর দেখা গেল, প্রোটন-নিউট্রন এরা আসলে মৌলিক কণা নয়। এসকল প্রোটন এবং নিউট্রন তৈরি হয় কুয়ার্কের মাধ্যমে। প্রোটনে রয়েছে দুইটি আপ এবং একটি ডাউন কুয়ার্ক, এবং নিউট্রোনে রয়েছে একটি আপ এবং দুইটি ডাউন কুয়ার্ক। এরপর একে একে অনেক পার্টিকেলের অস্তিত্ব জানা গিয়েছে এবং সবগুলো পার্টিকেলকে এই স্ট্যান্ডার্ড মডেলে বসানো হয়েছে।
এই সকল পার্টিকেলগুলো খুবই, খুবই ক্ষুদ্র—যার ফলে এদেরকে পয়েন্ট পার্টিকেলও বলা হয়। প্রায় আমরা সবাই জানি, ফোটনের মধ্যে ২ ধরনের বৈশিষ্ট্য রয়েছে—ওয়েভ এবং পার্টিকেল বৈশিষ্ট্য। ফোটনের মতো, স্ট্যান্ডার্ড মডেলে থাকা সকল পার্টিকেলের ক্ষেত্রেই এই দ্বৈত বৈশিষ্ট্য দেখা যায়।
কোয়ান্টাম মেকানিকস অনুযায়ী, মৌলিক কণাগুলোকে শুধু পার্টিকেল বিবেচনা করা যাবে না। এদের মধ্যে ওয়েভ বৈশিষ্ট্য বিদ্যমান এবং পার্টিকেলগুলোর এই ওয়েভ বৈশিষ্ট্য বর্ণনা করা হয় ওয়েভ ফাংশনের মাধ্যমে। যারা কোয়ান্টাম মেকানিকসের এই ভিডিওটি দেখেছেন, তারা জানেন, এই সকল পার্টিকেলের পজিশন বা অবস্থান নিশ্চিতভাবে বলা সম্ভব নয়।
এবং যখন তাদের অবস্থান নির্ণয় করার চেষ্টা করা হয়, তখন এদের ওয়েভ ফাংশন ভেঙে পড়ে, ফলে এদেরকে একটি অবস্থানে পাওয়া যায়—কিন্তু কোন অবস্থানে, অর্থাৎ কোথায় পাওয়া যাবে তা নিশ্চিত করে বলা সম্ভব নয়। তবে কোনো একটি নির্দিষ্ট স্থানে পাওয়ার সম্ভাবনা কত, তা বলা সম্ভব।
তার মানে বিষয়টি এমন দাঁড়াচ্ছে যে, যখন দেখছি না, তখন এরা ওয়েভ আকারে সকল স্থানে বিরাজ করছে। এবং যখন দেখছি…তখন এটি একটি নির্দিষ্ট স্থানে পাওয়া যাচ্ছে, অর্থাৎ পার্টিকেল অবস্থায় পাওয়া যাচ্ছে। এবং এই বিষয়টিকে বলা হয় মেজারমেন্ট প্রব্লেম। তাহলে এখানে একটি প্রশ্ন আসে, স্ট্যান্ডার্ড মডেলে থাকা সকল পার্টিকেলগুলো আসলে কেমন? এরা কি ওয়েভ, নাকি এদের সলিড কোনো স্ট্রাকচার রয়েছে?
আসলে, এদেরকে একই সাথে ওয়েভ এবং পার্টিকেল বিবেচনা করতে হবে। যদিও এমনটা মেনে নেওয়া খুবই কঠিন। কারণ, আমার বা আপনার হাতে থাকা একটি সলিড বস্তু খুবই খুবই ক্ষুদ্র পর্যায়ে চেঞ্জ হয়ে যায়। কোয়ান্টাম ফিল্ড থিওরিতে এই বিষয়টি নিয়ে বিস্তারিত বলা যাবে।
এখানে শুধু এইটুকু বলি, কোয়ান্টাম ফিল্ড থিওরি অনুযায়ী, প্রত্যেকটি ফান্ডামেন্টাল পার্টিকেলের জন্য একটি ফিল্ড রয়েছে। এবং ঐ সকল ফিল্ডের এক্সাইটেশনের ফলে যে ওয়েভ তৈরি হয়, সেটাকেই আমরা পার্টিকেল বলি। অর্থাৎ, পার্টিকেলের নিজস্ব সলিড কোনো স্ট্রাকচার নেই।
যেমন ইলেকট্রনের কথা বিবেচনা করুন। এই ইলেকট্রনের জন্য একটি কোয়ান্টাম ফিল্ড রয়েছে। এবং সেই কোয়ান্টাম ফিল্ডে এক্সাইটেশনের ফলে যে ওয়েভ তৈরি হবে, সেটিকে আমরা ইলেকট্রন বলি। যাই হোক, এখন প্রশ্ন—এই সকল মৌলিক কণাকে মানুষ কি সরাসরি দেখতে পেয়েছে?
উত্তর হচ্ছে না। এই সকল পার্টিকেলগুলো মানুষ সরাসরি দেখতে পায়নি। তবে পার্টিকেল ডিটেকশনের মাধ্যমে এদেরকে শনাক্ত করা গিয়েছে। বিষয়টি অনেকটা এমন, একজন চোর যদি রাতে আপনার বাসায় চুরি করে, তবে সকালবেলা আপনি চোরকে দেখতে পাবেন না।
কিন্তু চোরের রেখে যাওয়া বিভিন্ন চিহ্ন দেখতে পাবেন, এবং যার মাধ্যমে আপনি বুঝতে পারবেন—একজন চোর রাতে আপনার বাসায় এসেছিল। ঠিক তেমনি মৌলিক কণাগুলোকে সরাসরি দেখা না গেলেও, এনার্জি, সিগন্যালের মাধ্যমে বিভিন্ন পার্টিকেলের উপস্থিতি জানা যায়।
এবং আরেকটি বিষয়—এই সকল পার্টিকেলগুলোকে গণিতের মাধ্যমে খুবই নিখুঁতভাবে ব্যাখ্যা করা যায়। এবং প্রকৃতিকে বর্ণনা করার ভাষা হচ্ছে গণিত। এখন স্ট্যান্ডার্ড মডেল নিয়ে কথা বলা যাক।
স্ট্যান্ডার্ড মডেলের সকল পার্টিকেলকে দুইটি অংশে ভাগ করা হয়েছে—ফার্মিয়নস এবং বোজোনস। এদের মধ্যে, ফার্মিয়নসের মাধ্যমে মহাবিশ্বের সকল বস্তু গঠিত হয়। সেটা হোক পাহাড়, ধাতব খণ্ড কিংবা মানুষ।
অন্যদিকে, বোজোনসের কারণে মৌলিক বল, অর্থাৎ ফান্ডামেন্টাল ফোর্স অনুভূত হয়—যেমন ইলেকট্রোম্যাগনেটিক ফোর্স, উইক ফোর্স, স্ট্রং ফোর্স। এখন ফার্মিয়নসকে আবার দুই অংশে ভাগ করা যায়—কোয়ার্কস এবং ল্যাপটন্স।
কোয়ার্কস ছয় ধরণের—আপ, ডাউন, চার্ম, স্ট্রেঞ্জ, টপ, বটম। এ সকল কোয়ার্ক নিজেরা স্ট্যাবল নয়। ফলে, এরা নিজেদের সাথে যুক্ত হয়ে নতুন পার্টিকেল তৈরি করে, যেমন নিউট্রন, প্রোটন, পাইওন ইত্যাদি।
অন্যদিকে কুয়ার্কসের মতো ল্যাপটন্সও ৬ ধরনের। এদের মধ্যে তিনটিতে চার্জ রয়েছে এবং বাকি তিনটিতে চার্জ নেই। যেই তিনটিতে চার্জ রয়েছে তারা হচ্ছে ইলেকট্রন, মিউন এবং টাও।
এখন ল্যাপটন্সের যে তিনটিতে চার্জ রয়েছে, তাদের মধ্যে ইলেকট্রন সম্পর্কে সবাই জানেন। এই ইলেকট্রনই মানুষ সর্বপ্রথম আবিষ্কার করেছিল এবং ইলেকট্রনিক্সের কারণে বর্তমান প্রযুক্তি সচল রয়েছে।
অন্যদিকে মিউন এবং টাওয়ের বৈশিষ্ট্য একদম ইলেকট্রনের মতই, তবে এদের ভর ইলেকট্রনের চেয়ে বেশি। ভর অনুযায়ী ইলেকট্রন, পরে রয়েছে মিউন এবং তারপরে রয়েছে টাও।
এখন প্রশ্ন আসতে পারে, মিউন এবং টাও যদি ইলেকট্রনের মতই হয় তবে কেন আমরা সচরাচর এদের দেখতে পাই না? এর কারণ হচ্ছে, মিউন কিংবা টাওয়ের ভর ইলেকট্রনের চেয়ে বেশি। ফলে এদের লাইফটাইমও খুবই কম।
যেমন মিউনের কথা চিন্তা করুন। মিউনের লাইফটাইম হচ্ছে ১ সেকেন্ডের ২০০০০০০ ভাগের ১ ভাগ। মিউন উৎপন্ন হওয়ার পর এই সময়ের মধ্যেই ডিকে বা ক্ষয় হয়ে ইলেকট্রন, নিউট্রিনো, অ্যান্টিনিউট্রিনোতে পরিণত হয়।
যাইহোক, ইলেকট্রন, মিউন এবং টাও এরা ইলেকট্রিক্যালি চার্জড বলে এদের ডিটেক্ট করা খুবই সহজ, কারণ এরা ইলেকট্রোম্যাগনেটিক ফোর্সের মাধ্যমে প্রভাবিত হয়।
অন্যদিকে নিচে রয়েছে ৩ ধরনের নিউট্রিনো। এদের নাম যথাক্রমে ইলেকট্রন নিউট্রিনো, মিউন নিউট্রিনো এবং টাও নিউট্রিনো। এই নিউট্রিনোগুলোর ভর খুবই কম এবং এদের মধ্যে চার্জ না থাকায় এরা ইলেকট্রোম্যাগনেটিক ফোর্স দ্বারা প্রভাবিত হয় না। যার ফলে এদের ডিটেক্ট করা খুবই কঠিন, যার কারণে এদেরকে ‘ঘোস্ট পার্টিকেল’ বলা হয়।
এ বিষয়ে বিস্তারিত অন্য কোনো ভিডিওতে বলা হবে। এখন বোজনসের দিকে লক্ষ্য করা যাক। বোজনে ৪ ধরনের পার্টিকেল রয়েছে – গ্লুয়ন, ফোটন, ডব্লিউ বোজন এবং জেড বোজন। এই ৪ ধরনের পার্টিকেলকে আবার ‘ফোর্স ক্যারিয়ার পার্টিকেল’ বলা হয়, কারণ এই সকল পার্টিকেলের কারণেই বল অনুভূত হয় বা বল সৃষ্টি হয়।
এদের মধ্যে গ্লুয়নের ফলে স্ট্রং নিউক্লিয়ার ফোর্স বা শক্তিশালী নিউক্লিয়ার বল সৃষ্টি হয়। অর্থাৎ, গ্লুয়নের ফলে পরমাণুর নিউক্লিয়াসে প্রোটন এবং নিউট্রন একসাথে যুক্ত থাকে।
তার মানে এখান থেকে বলা যায়, শুধুমাত্র কুয়ার্ক গ্লুয়নের সাথে ইন্টারঅ্যাক্ট করে। কারণ পরমাণুর নিউক্লিয়াসে শুধুমাত্র স্থায়ী অবস্থায় নিউট্রন এবং প্রোটন পাওয়া যায়। এবং নিউট্রন-প্রোটনে যেহেতু কুয়ার্ক রয়েছে, ফলে কুয়ার্ক শুধুমাত্র গ্লুয়নের সাথেই ইন্টারঅ্যাক্ট করে।
এরপর ডব্লিউ এবং জেড বোজনের ফলে উইক নিউক্লিয়ার ফোর্স বা দুর্বল নিউক্লিয়ার বল অনুভূত হয় এবং এর ফলে কিছু ধরনের রেডিওঅ্যাকটিভ ক্ষয় (radiation) দেখা যায়।
অন্যদিকে ইলেকট্রোম্যাগনেটিক ফোর্স বা তড়িৎ-চৌম্বকীয় বলের ক্যারিয়ার হচ্ছে ফোটন। এবং এই ফোটনের মাধ্যমেই চুম্বক এবং ইলেকট্রিসিটি কাজ করে। সেই সাথে রাসায়নিক বন্ধন এই ফোটনের কারণেই ঘটে থাকে।
এই হচ্ছে ফার্মিয়নস এবং বোজনস। এখন ফার্মিয়নস এবং বোজনসের মধ্যবর্তী ইন্টারঅ্যাকশনের ফলে কিভাবে বল অনুভূত হয়, তা নিয়ে বিস্তারিত আলোচনা করা হবে।
তা বোঝার ক্ষেত্রে ফাইনম্যান ডায়াগ্রাম খুবই গুরুত্বপূর্ণ বিষয়। যাইহোক, এখন আপনাদের মনে স্বাভাবিকভাবেই একটি প্রশ্ন এসেছে—গ্রাভিটির জন্য কোন মৌলিক কণার উপস্থিতি এখানে নেই কেন? বিজ্ঞানীদের ধারণা, গ্র্যাভিটি ফোর্স যে কণার কারণে সৃষ্টি হয়, তার নাম হচ্ছে গ্র্যাভিটন। যদিও এটা একটি হাইপোথেটিক্যাল পার্টিকেল, কারণ এখন পর্যন্ত গ্র্যাভিটনের অস্তিত্ব খুঁজে পাওয়া যায়নি।
আবার অন্যদিকে আইনস্টাইনের মতে, গ্র্যাভিটি কোনো ফোর্স নয়। জাস্ট স্পেস-টাইমের বক্রতার কারণেই গ্র্যাভিটি ফোর্স অনুভূত হয়। আইনস্টাইনের রিলেটিভিটি থিওরি এবং কোয়ান্টাম মেকানিক্স—এই দুইটি বিষয় তাদের নিজ নিজ ক্ষেত্রে খুবই সফল। একটি বড় পরিসরের পরিবর্তন খুব ভালোভাবে বর্ণনা করতে পারে রিলেটিভিটি থিওরি। অন্যদিকে, কোয়ান্টাম মেকানিক্স ক্ষুদ্র পরিসরে খুব ভালোভাবে বর্ণনা করতে পারে। তবে এই দুইটি থিওরিকে একইভূত করার চেষ্টা চলছে বহুদিন যাবৎ। যার ফলশ্রুতিতে অনেক থিওরি সামনে এসেছে।
এদের মধ্যে সবচেয়ে আশাব্যঞ্জক থিওরি হচ্ছে স্ট্রিং থিওরি। স্ট্রিং থিওরি নিয়ে আমার একটি ভিডিও রয়েছে—লিঙ্ক ভিডিওর ডিসক্রিপশনে। যাইহোক, স্ট্যান্ডার্ড মডেলে থাকা আরেকটি পার্টিকেল হচ্ছে হিগস বোসন। এই হিগস বোসনকে ‘গড পার্টিকেল’ও বলা হয়। এটি নিয়ে পরবর্তীতে বিস্তারিত একটি ভিডিও আসবে।
যাই হোক, এইতো গেল স্ট্যান্ডার্ড মডেলের সকল পার্টিকেলের পরিচিতি। এই সকল পার্টিকেলের কিন্তু বিভিন্ন বৈশিষ্ট্য রয়েছে—যেমন স্পিন, চার্জ, কালার চার্জ, ভর ইত্যাদি।
এখন প্রোটনের কথা বিবেচনা করা যাক। আমরা জানি প্রোটনের চার্জ প্লাস ওয়ান। এবার প্রোটনে থাকা তিনটি কুয়ার্কের চার্জ হিসেব করা যাক। প্রোটনে দুইটি আপ এবং একটি ডাউন কুয়ার্ক থাকে। এদের মধ্যে আপ কুয়ার্কের চার্জ হচ্ছে +2/3 এবং ডাউন কুয়ার্কের চার্জ হচ্ছে –1/3। সেই হিসেবে: 2/3 + 2/3 – 1/3 = +1।
একইভাবে নিউট্রনের ক্ষেত্রে হিসেব দেখা যাক। নিউট্রোনে দুটি ডাউন এবং একটি আপ কুয়ার্ক রয়েছে। তাহলে: –1/3 – 1/3 + 2/3 = 0। এইজন্যই নিউট্রনের মোট চার্জ শূন্য।
এবার স্পিন বিষয়টি নিয়ে কিছু বলা যাক। এই স্পিন বিষয়টিকে ক্লাসিক্যাল কোনো উপমার মাধ্যমে প্রকাশ করা বা উপস্থাপন করা সম্ভব নয়। তারপরও কিছুটা ধারণা দেওয়ার চেষ্টা করা যাক। আমরা প্রথমেই জেনেছি, প্রত্যেকটি পার্টিকেল মূলত ওয়েভ। এখন স্পিনের মাধ্যমে মূলত জানা যায়, এসকল থ্রিডি ওয়েভের ঘূর্ণন বা রোটেশনের ফলে এদেরকে কেমন দেখাবে।
যাদের স্পিন ১, তারা একটি পূর্ণ ঘূর্ণনের ফলে তাদেরকে আবার প্রথম অবস্থার মতই দেখা যাবে। অর্থাৎ মনে করুন, আমি প্রাথমিক অবস্থায় যেমন দেখাচ্ছি, আমি যদি একবার ঘুরি এবং আমাকে যদি আবার প্রথমবারের মতই দেখায়, তবে বুঝতে হবে আমার স্পিন হচ্ছে ১। অন্যদিকে, যাদের স্পিন ১/২, তাদেরকে প্রথমে যেমন দেখা যায়, পরবর্তীতে দুইটি পূর্ণ ঘূর্ণনের ফলে তাদেরকে আবার সেই প্রথম অবস্থায় দেখা যাবে।
বা, প্রথমে যেমন ছিল, তেমনই দেখাবে। অর্থাৎ, আমার স্পিন যদি হাফ হয় এবং আমার প্রাথমিক অবস্থা যদি এমন হয়—এখন এই প্রাথমিক অবস্থা থেকে যদি আমি দুইবার ঘুরি, তাহলে আমাকে প্রথম অবস্থার মতোই দেখা যাবে। তো, স্পিন বিষয়টি হচ্ছে মূলত এরকম। তবে থ্রি-ডাইমেনশনাল ওয়েভের ক্ষেত্রে এ বিষয়টি আসলে কেমন হবে, তা এভাবে উপস্থাপন করা সম্ভব নয়।
এরপর রয়েছে কালার চার্জ। এই কালার চার্জ সাধারণ পজিটিভ-নেগেটিভ চার্জের মতো কোনো বিষয় নয়। এটি সম্পূর্ণ ভিন্ন একটি বৈশিষ্ট্য। এবং এই বৈশিষ্ট্য প্রকাশ করার জন্য ম্যাটাফোর হিসেবে কালার ব্যবহার করা হয়, যার নাম দেওয়া হয়েছে “কালার চার্জ”। কালার চার্জ তিন ধরনের—রেড, গ্রিন, ব্লু। এদের সাথে অ্যান্টি-রেড, অ্যান্টি-গ্রিন এবং অ্যান্টি-ব্লু রয়েছে। কালার চার্জ শুধুমাত্র কুয়ার্ক এবং গ্লুয়নের মধ্যে দেখা যায়।
যাইহোক, উল্লিখিত বৈশিষ্ট্য ছাড়াও ফান্ডামেন্টাল পার্টিকেলের আরও কয়েক ধরনের বৈশিষ্ট্য দেখা যায়—যেমন আইসোস্পিন, ব্যারিয়ন নাম্বার ইত্যাদি। আরেকটি বিষয় হলো, প্রত্যেকটি ফার্মিয়ন পার্টিকেলের সাথে কিন্তু তাদের অ্যান্টি-পার্টিকেলও রয়েছে।
একটি অদৃশ্য কারণে সকল ধরনের কম্পিউটার ঝুঁকিপূর্ণ। এমনকি এই অদৃশ্য কারণে একটি প্লেন মাত্র ২০ সেকেন্ডে ২০০ মিটার নিচে নেমে গিয়েছিল। যার ফলে, যেসব যাত্রীর সিটবেল্ট খোলা ছিল, তারা প্লেনের সিলিংয়ে গিয়ে ধাক্কা খান। এবং এটি ঘটেছিল প্লেনের কম্পিউটারের ত্রুটির কারণে।
কী কারণে সকল ধরনের কম্পিউটার ঝুঁকিপূর্ণ—তা জানতে এই ভিডিওটি দেখতে পারেন। ভিডিও ভালো লাগলে বিজ্ঞান পাইসি পরিবারে যুক্ত হয়ে সঙ্গে থাকতে পারেন।