২০২৬ সালের পদার্থবিজ্ঞানের নোবেল: অ্যান্টার্কটিকার বরফে ‘ভূতের’ খোঁজ, নিউট্রিনো কীভাবে বদলে দিচ্ছে মহাবিশ্বকে দেখার ধারণা?

বিষয়: পদার্থবিজ্ঞান, মহাকাশ ও বিজ্ঞানপ্রযুক্তি

আপনি যখন এই লেখাটি পড়ছেন, ঠিক তখনই অসংখ্য অদৃশ্য কণা আপনার শরীর ভেদ করে চলে যাচ্ছে। আপনার ত্বক, হাড় কিংবা শরীরের ভেতরের কোনো অঙ্গ—কোনো কিছুই যেন তাদের আটকাতে পারছে না। অথচ আপনি তাদের অস্তিত্ব একটুও টের পাচ্ছেন না!

পদার্থবিজ্ঞানে এই রহস্যময় কণাগুলোর নাম নিউট্রিনো (Neutrino)। পদার্থের সঙ্গে অত্যন্ত দুর্বল মিথস্ক্রিয়ার কারণে বিজ্ঞানীরা কখনো কখনো এদের ‘গোস্ট পার্টিকেল’ বা ‘ভৌতিক কণা’ বলেও উল্লেখ করেন।

এই প্রায় অদৃশ্য কণাকে শনাক্ত করার চ্যালেঞ্জ মোকাবিলায় বিজ্ঞানীরা অ্যান্টার্কটিকার গভীর বরফের নিচে গড়ে তুলেছেন এক অভিনব পর্যবেক্ষণকেন্দ্র—IceCube Neutrino Observatory। প্রায় এক ঘনকিলোমিটার বরফকে কাজে লাগিয়ে তৈরি এই ব্যবস্থা মহাবিশ্বের উচ্চ-শক্তির ঘটনাগুলো অনুসন্ধানের নতুন পথ খুলে দিয়েছে।

ফ্রান্সিস হালজেন, উইসকনসিন–ম্যাডিসন বিশ্ববিদ্যালয়ের পদার্থবিজ্ঞানের অধ্যাপক।

আর এই গবেষণাক্ষেত্রে গুরুত্বপূর্ণ অবদানের স্বীকৃতি হিসেবে ২০২৬ সালের ৬ অক্টোবর পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার পান বেলজিয়ামে জন্ম নেওয়া মার্কিন পদার্থবিজ্ঞানী ফ্রান্সিস হালজেন (Francis Halzen)। তিনি যুক্তরাষ্ট্রের University of Wisconsin–Madison-এর অধ্যাপক এবং IceCube প্রকল্পের প্রধান গবেষণা-নেতা।

নোবেল পুরস্কারের ঘোষণায় তাঁর স্বীকৃতির কারণ হিসেবে উল্লেখ করা হয় IceCube Neutrino Observatory-তে নির্ণায়ক অবদান এবং জ্যোতিঃপদার্থবৈজ্ঞানিক উৎস থেকে আসা উচ্চ-শক্তির নিউট্রিনো আবিষ্কার। সূত্র: IceCube

কিন্তু যে কণা শনাক্ত করাই এত কঠিন, তাকে খুঁজে বের করার উপায় কী? আর অ্যান্টার্কটিকার বরফই বা কেন হয়ে উঠল এই গবেষণার অন্যতম প্রধান হাতিয়ার?

নিউট্রিনো: যে কণাকে আটকানো প্রায় অসম্ভব

নিউট্রিনো হলো মৌলিক কণার একটি বিশেষ শ্রেণি। এর বৈদ্যুতিক চার্জ নেই এবং ভর অত্যন্ত ক্ষুদ্র। এটি প্রধানত দুর্বল নিউক্লীয় বলের মাধ্যমে পদার্থের সঙ্গে মিথস্ক্রিয়া করে।

সহজভাবে বললে, সাধারণ পদার্থের সঙ্গে নিউট্রিনোর মিথস্ক্রিয়া এতটাই বিরল যে বিপুলসংখ্যক নিউট্রিনো কোনো মিথস্ক্রিয়া ছাড়াই পৃথিবীর ভেতর দিয়ে চলে যেতে পারে।

সূর্যের কেন্দ্রের নিউক্লীয় বিক্রিয়া থেকে প্রতিনিয়ত বিপুল পরিমাণ নিউট্রিনো তৈরি হচ্ছে। শুধু সূর্য থেকেই প্রতি সেকেন্ডে প্রতি বর্গসেন্টিমিটারে আনুমানিক ৬৫ বিলিয়ন নিউট্রিনো পৃথিবীতে এসে পৌঁছায়।

এ ছাড়া সুপারনোভা বিস্ফোরণ, সক্রিয় গ্যালাকটিক নিউক্লিয়াস এবং মহাবিশ্বের অন্যান্য উচ্চ-শক্তির প্রক্রিয়াও নিউট্রিনোর উৎস হতে পারে।

নিউট্রিনোর ভর শূন্য নয়, তবে অত্যন্ত ক্ষুদ্র। এর বৈদ্যুতিক চার্জ না থাকায় চৌম্বকক্ষেত্র সরাসরি এর গতিপথ বাঁকিয়ে দিতে পারে না। ফলে দূরবর্তী মহাজাগতিক উৎস থেকে আসা নিউট্রিনো বিজ্ঞানীদের কাছে এমন তথ্য পৌঁছে দিতে পারে, যা অন্য কণার মাধ্যমে পাওয়া কঠিন।

ফ্রান্সিস হালজেন ও ২০২৬ সালের পদার্থবিজ্ঞানের নোবেল

নিউট্রিনো শনাক্ত করার জন্য বিশাল একটি পর্যবেক্ষণব্যবস্থা তৈরির ধারণা বাস্তবায়নে ফ্রান্সিস হালজেন গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করেন। ১৯৮০-এর দশকের শেষভাগ থেকে তিনি নিউট্রিনো নিয়ে গবেষণা এবং বরফের মধ্যে কণার সংকেত শনাক্ত করার সম্ভাবনা নিয়ে কাজ শুরু করেন।

তাঁর গবেষণাগত দৃষ্টিভঙ্গির একটি গুরুত্বপূর্ণ দিক ছিল—অ্যান্টার্কটিকার স্বচ্ছ, গভীর বরফকে শুধু প্রাকৃতিক পরিবেশ হিসেবে নয়, বরং বিশাল একটি কণা-শনাক্তকারী মাধ্যম হিসেবে ব্যবহার করা।

এই ধারণার বাস্তব রূপ হলো IceCube Neutrino Observatory। আন্তর্জাতিক বিজ্ঞানীদের সহযোগিতায় নির্মিত এই পর্যবেক্ষণকেন্দ্র ২০১০ সালে নির্মাণ সম্পন্ন করে এবং ২০১১ সালে পূর্ণাঙ্গ ডিটেক্টর হিসেবে কার্যক্রম শুরু করে।

২০২৬ সালের পদার্থবিজ্ঞানের নোবেল পুরস্কারের মাধ্যমে হালজেনের দীর্ঘদিনের গবেষণা, IceCube প্রতিষ্ঠায় তাঁর ভূমিকা এবং উচ্চ-শক্তির মহাজাগতিক নিউট্রিনো গবেষণায় অবদান আন্তর্জাতিক স্বীকৃতি পায়।

তবে মনে রাখা প্রয়োজন, IceCube কোনো একক বিজ্ঞানীর কাজ নয়। বিশ্বের বিভিন্ন দেশের বহু বিজ্ঞানী, প্রকৌশলী ও গবেষকের সম্মিলিত প্রচেষ্টায় এই পর্যবেক্ষণকেন্দ্র নির্মিত ও পরিচালিত হয়েছে।

বরফের নিচে কেন তৈরি করা হলো টেলিস্কোপ?

সাধারণ টেলিস্কোপ দূরবর্তী বস্তু থেকে আসা আলো সংগ্রহ করে। কিন্তু নিউট্রিনোকে এভাবে দেখা যায় না। কারণ, নিউট্রিনো সাধারণ আলোয় প্রতিফলিত হয় না কিংবা আয়নায় ধরা পড়ে না।

তাহলে বিজ্ঞানীরা কীভাবে এটি শনাক্ত করেন?

নিউট্রিনোকে সরাসরি ধরে রাখার চেষ্টা না করে বিজ্ঞানীরা এর বিরল মিথস্ক্রিয়ায় তৈরি হওয়া সংকেত শনাক্ত করেন। এই কাজের জন্য প্রয়োজন বিপুল পরিমাণ পদার্থ এবং অত্যন্ত সংবেদনশীল আলোক-শনাক্তকারী যন্ত্র।

অ্যান্টার্কটিকার দক্ষিণ মেরুতে বরফের গভীরে প্রায় ১,৪৫০ থেকে ২,৪৫০ মিটার গভীরতায় হাজার হাজার আলোক-সংবেদী সেন্সর বসানো হয়েছে। এগুলো ৮৬টি উল্লম্ব স্ট্রিংয়ে সাজানো। সব মিলিয়ে ব্যবস্থাটিতে রয়েছে ৫,১৬০টি ডিজিটাল অপটিক্যাল মডিউল।

পুরো ডিটেক্টরটি প্রায় এক ঘনকিলোমিটার বরফজুড়ে বিস্তৃত।

গভীর বরফ এই গবেষণার জন্য বিশেষভাবে উপযোগী, কারণ এটি আলোর সংকেত শনাক্ত করার একটি বৃহৎ মাধ্যম তৈরি করে। বরফের অনেক গভীরে সেন্সর বসানোর ফলে পৃষ্ঠের কিছু অপ্রয়োজনীয় আলোকীয় ও পরিবেশগত প্রভাব থেকেও ডিটেক্টরকে তুলনামূলকভাবে সুরক্ষিত রাখা যায়।

IceCube-এর আনুষ্ঠানিক ওয়েবসাইটে প্রকল্পটির গঠন ও গবেষণা সম্পর্কে আরও জানা যাবে।

কীভাবে ধরা পড়ে অদৃশ্য কণার সংকেত?

IceCube-এর কার্যপদ্ধতি বুঝতে হলে একটি বিশেষ আলোকীয় ঘটনার সঙ্গে পরিচিত হতে হবে। এর নাম চেরেনকভ বিকিরণ (Cherenkov radiation)।

ঘটনাটি চারটি ধাপে বোঝা যায়।

প্রথম ধাপ: নিউট্রিনোর বিরল মিথস্ক্রিয়া

মহাজাগতিক কোনো নিউট্রিনো বরফের ভেতরে কোনো পরমাণুর নিউক্লিয়াস বা অন্য কণার সঙ্গে মিথস্ক্রিয়া করতে পারে। এমন ঘটনা খুবই বিরল। কিন্তু যখন এটি ঘটে, তখন মিথস্ক্রিয়ার ধরন অনুযায়ী মিউয়ন বা ইলেকট্রনের মতো চার্জযুক্ত কণা তৈরি হতে পারে।

দ্বিতীয় ধাপ: নীলাভ আলোর সৃষ্টি

উৎপন্ন চার্জযুক্ত কণা বরফের মধ্যে চলার সময় সেখানে আলোর গতির চেয়ে দ্রুত অগ্রসর হতে পারে। তবে এর অর্থ এই নয় যে কণাটি শূন্যস্থানে আলোর গতিকে অতিক্রম করছে। বরফের মধ্যে আলোর গতি শূন্যস্থানের আলোর গতির চেয়ে কম।

এই অবস্থায় কণাটি নীলাভ আলোকবিকিরণ তৈরি করতে পারে, যাকে বলা হয় চেরেনকভ বিকিরণ।

ঘটনাটিকে অনেকটা শব্দের গতির চেয়ে দ্রুতগতির বিমানের তৈরি সনিক বুমের সঙ্গে তুলনা করা যায়। তবে দুটি ঘটনার ভৌত প্রক্রিয়া এক নয়।

তৃতীয় ধাপ: সেন্সরে আলোর সংকেত ধরা পড়া

বরফের গভীরে থাকা সেন্সরগুলো এই ক্ষীণ আলোকসংকেত শনাক্ত করে। তারা কখন আলো পেয়েছে, কতটা আলো পেয়েছে এবং সংকেত কীভাবে ছড়িয়েছে—এসব তথ্য রেকর্ড করে।

চতুর্থ ধাপ: কম্পিউটারে তথ্য বিশ্লেষণ

বিজ্ঞানীরা একাধিক সেন্সরের তথ্য একত্র করে কণার সম্ভাব্য গতিপথ, শক্তি এবং মিথস্ক্রিয়ার ধরন নির্ণয় করেন। এরপর বিশ্লেষণ করে বোঝার চেষ্টা করেন, সংকেতটি কোনো মহাজাগতিক নিউট্রিনোর কারণে তৈরি হয়েছে কি না এবং সেটি আকাশের কোন দিক থেকে এসেছে।

অর্থাৎ, নিউট্রিনোকে সরাসরি ছবি তুলে দেখা হয় না। বরং এর উপস্থিতির পরোক্ষ প্রমাণ হিসেবে তৈরি হওয়া আলোর সংকেত বিশ্লেষণ করা হয়।

২০১৩ সালে বদলে গেল নিউট্রিনো গবেষণার ইতিহাস

IceCube-এর অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ সাফল্য আসে ২০১৩ সালে।

সেই বছর গবেষকেরা উচ্চ-শক্তির মহাজাগতিক নিউট্রিনোর এমন একটি নমুনা প্রকাশ করেন, যা শুধু পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলে উৎপন্ন সাধারণ নিউট্রিনো দিয়ে ব্যাখ্যা করা যাচ্ছিল না। পর্যবেক্ষণগুলো মহাবিশ্বের বাইরে থেকে আসা উচ্চ-শক্তির নিউট্রিনো প্রবাহের শক্তিশালী প্রমাণ দেয়।

এই আবিষ্কার নিউট্রিনো জ্যোতির্বিজ্ঞানের বিকাশে একটি বড় মাইলফলক হয়ে ওঠে। IceCube-এর ২০১৩ সালের গবেষণা-ঘোষণা এই সাফল্যের বিস্তারিত তুলে ধরে।

কেন এটি এত গুরুত্বপূর্ণ?

কারণ মহাবিশ্বে এমন অনেক অঞ্চল রয়েছে, যেখানে বিপুল শক্তিতে কণার সৃষ্টি ও ত্বরণ ঘটে। সুপারনোভা বিস্ফোরণ কিংবা সক্রিয় গ্যালাকটিক নিউক্লিয়াসের মতো পরিবেশে কীভাবে উচ্চ-শক্তির কণা উৎপন্ন হয়, তা বোঝার জন্য নিউট্রিনো গুরুত্বপূর্ণ সূত্র দিতে পারে।

নিউট্রিনোর শক্তি এবং আগমনের দিক বিশ্লেষণ করে বিজ্ঞানীরা মহাবিশ্বের এসব চরম পরিবেশ সম্পর্কে নতুন তথ্য সংগ্রহ করতে পারেন।

দূরবর্তী কৃষ্ণগহ্বরের রহস্য বুঝতে নিউট্রিনো কেন গুরুত্বপূর্ণ?

মহাবিশ্ব পর্যবেক্ষণের জন্য বিজ্ঞানীরা দীর্ঘদিন ধরে দৃশ্যমান আলো, রেডিও তরঙ্গ, এক্স-রে ও গামা-রে ব্যবহার করে আসছেন। কিন্তু সব মহাজাগতিক ঘটনা শুধু আলো দিয়ে সম্পূর্ণভাবে বোঝা সম্ভব নয়।

কিছু অঞ্চলে বিকিরণ পদার্থের দ্বারা শোষিত বা বিক্ষিপ্ত হতে পারে। আবার মহাজাগতিক রশ্মির চার্জযুক্ত কণাগুলোর গতিপথ চৌম্বকক্ষেত্রে বাঁকতে পারে। ফলে তাদের মূল উৎস শনাক্ত করা কঠিন হয়ে যায়।

নিউট্রিনো এ ক্ষেত্রে আলাদা। এটি বৈদ্যুতিকভাবে নিরপেক্ষ হওয়ায় চৌম্বকক্ষেত্রে সরাসরি বাঁকে না। পদার্থের সঙ্গে দুর্বল মিথস্ক্রিয়ার কারণে অনেক পরিবেশ থেকে বেরিয়ে আসার সময়ও এর তথ্য তুলনামূলকভাবে অক্ষুণ্ণ থাকে।

তাই নিউট্রিনোর সংকেতের সঙ্গে আলো ও মহাকর্ষীয় তরঙ্গের পর্যবেক্ষণ মিলিয়ে বিজ্ঞানীরা মহাবিশ্বের একই ঘটনাকে বিভিন্ন দৃষ্টিকোণ থেকে বুঝতে পারেন।

এই পদ্ধতির নাম মাল্টি-মেসেঞ্জার অ্যাস্ট্রোনমি (Multi-Messenger Astronomy)।

এটি বিজ্ঞানীদের শুধু দূরবর্তী বস্তু কোথায় রয়েছে তা বুঝতে নয়, বরং সেখানে কী ধরনের উচ্চ-শক্তির প্রক্রিয়া ঘটছে, সে সম্পর্কেও সূত্র পেতে সাহায্য করে।

ভবিষ্যতে কী কী রহস্য উন্মোচিত হতে পারে?

নিউট্রিনো জ্যোতির্বিজ্ঞানের সামনে এখনো অনেক প্রশ্ন রয়েছে।

মহাবিশ্বের কোন ধরনের বস্তু সবচেয়ে বেশি উচ্চ-শক্তির নিউট্রিনো উৎপন্ন করে? সক্রিয় গ্যালাকটিক নিউক্লিয়াসের জেট কীভাবে কণাকে বিপুল শক্তি দেয়? মহাজাগতিক রশ্মির উৎস সম্পর্কে নিউট্রিনো আমাদের কতটা নির্ভরযোগ্য তথ্য দিতে পারে?

এসব প্রশ্নের উত্তর খুঁজতে বিজ্ঞানীরা আরও উন্নত ডিটেক্টর এবং বিশ্লেষণপদ্ধতি নিয়ে কাজ করছেন। IceCube-Gen2-এর মতো পরিকল্পিত সম্প্রসারণের লক্ষ্য হলো আরও বড় কার্যকর আয়তনে নিউট্রিনো শনাক্ত করা এবং উচ্চ-শক্তির মহাজাগতিক ঘটনা সম্পর্কে আরও বেশি তথ্য সংগ্রহ করা।

তবে গবেষণার সীমাবদ্ধতাও রয়েছে। নিউট্রিনোর সঙ্গে মিথস্ক্রিয়া বিরল হওয়ায় অনেক সময় দীর্ঘ পর্যবেক্ষণের প্রয়োজন হয়। সব ঘটনার উৎসও সমান নির্ভুলভাবে চিহ্নিত করা সম্ভব নয়।

তবু প্রতিটি নতুন পর্যবেক্ষণ মহাবিশ্বের উচ্চ-শক্তির প্রক্রিয়াগুলো সম্পর্কে আমাদের ধারণাকে আরও সমৃদ্ধ করছে।

শেষ কথা: বরফের নিচে লুকিয়ে আছে মহাবিশ্বের নতুন জানালা

অ্যান্টার্কটিকার গভীর বরফে তৈরি IceCube Neutrino Observatory দেখিয়েছে, প্রকৃতির একটি বিশাল অংশকে বৈজ্ঞানিক যন্ত্র হিসেবে ব্যবহার করেও মৌলিক আবিষ্কার সম্ভব।

যে কণাগুলো প্রতিনিয়ত আমাদের শরীর ও পৃথিবী ভেদ করে চলে যাচ্ছে, তাদের বিরল আলোকসংকেত বিশ্লেষণ করেই বিজ্ঞানীরা মহাবিশ্বের দূরবর্তী ও শক্তিশালী ঘটনাগুলোর সন্ধান করছেন।

ফ্রান্সিস হালজেনের ২০২৬ সালের পদার্থবিজ্ঞানের নোবেল স্বীকৃতি এই গবেষণাক্ষেত্রের গুরুত্বকে আরও সামনে নিয়ে এসেছে। একই সঙ্গে এটি মনে করিয়ে দেয়, বড় বৈজ্ঞানিক আবিষ্কারের পেছনে থাকে দীর্ঘদিনের অনুসন্ধান, প্রযুক্তিগত উদ্ভাবন এবং আন্তর্জাতিক সহযোগিতা।

হয়তো ভবিষ্যতে নিউট্রিনোর আরও উন্নত পর্যবেক্ষণ আমাদের এমন কিছু প্রশ্নের উত্তর দেবে, যেগুলো এখনো পদার্থবিজ্ঞানের সবচেয়ে বড় রহস্যগুলোর মধ্যে রয়েছে।

আপনার কী মনে হয়—মহাবিশ্বের রহস্য উন্মোচনে সবচেয়ে বড় ভূমিকা রাখবে আলো, মহাকর্ষীয় তরঙ্গ, নাকি এই অদৃশ্য নিউট্রিনো? কমেন্টে জানান আপনার মতামত।

তথ্যসূত্র ও আরও পড়ুন

1. IceCube Neutrino Observatory — ফ্রান্সিস হালজেনের নোবেল স্বীকৃতি

2. U.S. National Science Foundation — ২০২৬ সালের পদার্থবিজ্ঞানের নোবেল ও IceCube

3. IceCube — ২০১৩ সালের মহাজাগতিক নিউট্রিনো পর্যবেক্ষণ

4. University of Wisconsin–Madison — Francis Halzen-এর গবেষণা পরিচিতি