अदृश्य को पहचानना – 3D प्रिंटिंग की सहायता से अंधकार पदार्थ की खोज में शोधकर्ता

वैज्ञानिक डार्क मैटर, यानी अदृश्य पदार्थ, की प्रकृति समझने का प्रयास कर रहे हैं। आकाशगंगाओं के निर्माण और गति पर इसके गुरुत्वीय प्रभाव के प्रमाण मिलते हैं, लेकिन इसके कणों का प्रत्यक्ष पता लगाना कठिन है। एक नए अध्ययन में University of Nottingham के भौतिकी और खगोलशास्त्र विभाग के शोधकर्ताओं ने विशेष निर्वात व्यवस्था में डार्क डोमेन वॉल खोजने का प्रयोग प्रस्तावित किया है। यह डार्क मैटर की पुष्टि की गई खोज नहीं है।

अंधकार पदार्थ क्या है?

साधारण पदार्थ में तारे, ग्रह, गैस और परमाणुओं से बनी परिचित वस्तुएँ शामिल हैं। मानक ब्रह्मांडीय मॉडल के अनुसार, ब्रह्मांड की कुल पदार्थ-ऊर्जा सामग्री का लगभग 5% साधारण पदार्थ है।

मानक ब्रह्मांडीय मॉडल में लगभग 27% डार्क मैटर और लगभग 68% डार्क एनर्जी मानी जाती है। डार्क एनर्जी का संबंध ब्रह्मांड के त्वरित विस्तार से है। दोनों की प्रकृति अभी पूरी तरह समझी नहीं गई है।

डार्क मैटर के संभावित स्पष्टीकरणों में आदिम ब्लैक होल और अभी तक न खोजे गए उपपरमाण्विक कण शामिल हैं। ये परिकल्पनाएँ हैं। अलग-अलग प्रयोग अलग संभावनाओं की खोज करते हैं; अभी किसी एक उम्मीदवार की निर्णायक पुष्टि नहीं हुई है।

अंधकार पदार्थ की खोज कैसे हुई?

1933 में खगोलविद Fritz Zwicky ने कोमा आकाशगंगा समूह की गति का अध्ययन करते हुए अदृश्य द्रव्यमान का अनुमान लगाया। समूह की आकाशगंगाओं की गति को केवल दिखाई देने वाले पदार्थ से समझाना कठिन था। कोमा एक आकाशगंगा समूह है, अकेली आकाशगंगा नहीं।

स्रोत – नक्षत्र-मार्गदर्शिका

Zwicky ने सुझाव दिया कि दिखाई न देने वाला अतिरिक्त पदार्थ समूह को गुरुत्वीय रूप से बाँधे रखने के लिए आवश्यक द्रव्यमान दे सकता है। बाद के अनेक अवलोकनों ने भी अदृश्य द्रव्यमान की परिकल्पना का समर्थन किया। इन गुरुत्वीय प्रमाणों का अर्थ यह नहीं है कि डार्क मैटर प्रयोगशाला में बनाया या उसके कण सीधे देखे जा चुके हैं।

अंधकार पदार्थ का पता लगाना कठिन है

डार्क मैटर सामान्य प्रकाश को साधारण पदार्थ की तरह उत्सर्जित या अवशोषित नहीं करता। इस कारण दूरबीन से उसे सीधे देखना कठिन है। वैज्ञानिक आकाशगंगाओं की गति और गुरुत्वीय लेंसिंग जैसे प्रभावों से उसका अनुमान लगाते हैं, जबकि प्रयोग प्रत्यक्ष कण संकेतों की खोज करते हैं। डार्क मैटर स्वयं किसी बल का नाम नहीं है।

नए अध्ययन में प्रस्तावित खोज-विधि

“Detecting dark domain walls through their impact on particle trajectories in tailored ultrahigh vacuum environments” अध्ययन में विशेष आकार वाले निर्वात कक्ष में संभावित डोमेन वॉल के प्रभाव की खोज का प्रस्ताव है। यह डार्क मैटर के कणों को जमा करके टकराने या गुरुत्वीय तरंगें मापने का स्थापित परिणाम नहीं है।

स्केलर फ़ील्ड्स

अध्ययन में ऐसे हल्के अदिश क्षेत्रों के सैद्धांतिक मॉडल पर विचार किया गया है, जो पदार्थ के घनत्व के अनुसार अवस्था बदल सकते हैं। अदिश क्षेत्र में अंतरिक्ष के हर बिंदु को एक संख्यात्मक मान दिया जाता है। यहाँ यह संभावित नए भौतिक क्षेत्र का गणितीय वर्णन है, कोई सामान्य त्रि-आयामी डेटा-संग्रह उपकरण नहीं।

तापमान और विद्युत विभव जैसे परिचित परिमाणों को भी अदिश क्षेत्र से वर्णित किया जा सकता है। इस अध्ययन का क्षेत्र उनसे अलग एक परिकल्पित भौतिक क्षेत्र है। उसका अस्तित्व अभी प्रयोग से सिद्ध होना बाकी है।

परीक्षण

प्रस्तावित प्रयोग में निर्वात कक्ष के भीतर घनत्व कम होने पर परिकल्पित क्षेत्र में अवस्था-परिवर्तन हो सकता है। अलग अवस्थाओं के बीच की सीमाओं को डोमेन वॉल कहा जाता है। यदि वे मौजूद हों और परीक्षण परमाणुओं से अंतःक्रिया करें, तो परमाणुओं के मार्ग में मापने योग्य विचलन हो सकता है।

शोधकर्ताओं ने ऐसे कक्ष की रूपरेखा पर काम किया जिसकी आंतरिक आकृति संभावित डोमेन वॉल को स्थिर रखने में मदद करे। 3D प्रिंटिंग जटिल आंतरिक संरचनाएँ बनाने का एक तरीका है। अध्ययन ने डार्क मैटर के कणों को सफलतापूर्वक फँसाने का दावा सिद्ध नहीं किया।

कम घनत्व वाली गैस और अतिशीत परमाणु

प्रस्तावित व्यवस्था में गैस को बाहर निकालकर निर्वात कक्ष का घनत्व घटाया जाता है। फिर अतिशीत लिथियम परमाणुओं से संभावित क्षेत्र के प्रभाव की जाँच की जा सकती है। केवल तापमान घटाने और गैस का घनत्व कम करने को एक ही प्रक्रिया नहीं मानना चाहिए।

इन परमाणुओं को परम शून्य, अर्थात −273.15 °C, के बहुत निकट ठंडा किया जाना है। इससे उनकी गति को अत्यंत सटीक ढंग से नियंत्रित और मापा जा सकता है। लक्ष्य यह देखना है कि संभावित डोमेन वॉल से गुजरने पर उनके पथ में विचलन होता है या नहीं।

परिणाम

अध्ययन ने एक संभावित परीक्षण और उसके मापने योग्य संकेतों का वर्णन किया। उसने डार्क मैटर की खोज या नैनोहर्ट्ज़ गुरुत्वीय तरंगों को प्रयोगशाला में सफलतापूर्वक मापने की घोषणा नहीं की। प्रस्तावित परिणामों की जाँच वास्तविक प्रयोग से करनी होगी।

शोधकर्ता

यह शोध University of Nottingham के भौतिकी और खगोलशास्त्र विभाग से जुड़ा है। इसके लेखकों में Kate Clements, Benjamin Elder, Lucia Hackermueller, Mark Fromhold और Clare Burrage शामिल हैं।

अध्ययन के द्वारा उजागर किए गए लाभ

यदि प्रस्तावित निर्वात कक्ष में डोमेन वॉल के संकेत मिले, तो कुछ अदिश क्षेत्र सिद्धांतों को जाँचना संभव होगा। संकेत न मिलने पर भी संबंधित मॉडल की सीमाएँ निर्धारित की जा सकती हैं। यह अध्ययन ब्रह्मांड के रहस्यों की जाँच का एक संभावित रास्ता देता है, अंतिम उत्तर नहीं।

ध्यान देने योग्य अन्य अंधकार पदार्थ अध्ययन

वैज्ञानिक डार्क मैटर और डार्क एनर्जी की जाँच के लिए कई पूरक तरीके अपनाते हैं। इनमें अंतरिक्ष से अवलोकन, कण भौतिकी के प्रयोग और अन्य खगोलीय संकेतों की खोज शामिल हैं। नीचे कुछ प्रमुख उदाहरण दिए गए हैं।

यूक्लिड स्पेस टेलीस्कोप

यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी का Euclid अंतरिक्ष दूरदर्शी 1 जुलाई, 2023 को फ़्लोरिडा से Falcon 9 रॉकेट पर प्रक्षेपित किया गया। इसका उद्देश्य आकाशगंगाओं का व्यापक त्रि-आयामी मानचित्र बनाकर डार्क मैटर और डार्क एनर्जी के प्रभावों का अध्ययन करना है। इसके विस्तृत सर्वेक्षण James Webb जैसे दूरदर्शियों के अधिक केंद्रित अवलोकनों के पूरक हो सकते हैं।

Euclid अनेक आकाशगंगाओं की स्थिति, दूरी और आकृतियों का अध्ययन करता है। बीच के पदार्थ के गुरुत्व से प्रकाश का मुड़ना, जिसे गुरुत्वीय लेंसिंग कहा जाता है, अदृश्य द्रव्यमान के वितरण का अनुमान लगाने में मदद करता है। इससे ब्रह्मांड की संरचना और उसके विकास की जाँच की जा सकती है।

सेर्न

कण भौतिकी के प्रयोगों के माध्यम से डार्क मैटर के संभावित संकेत खोजने वाला एक प्रमुख संस्थान है CERN। इस अंतरराष्ट्रीय शोध संगठन की स्थापना 1954 में हुई थी। इसका काम उच्च-ऊर्जा कणों और मूलभूत भौतिक नियमों का अध्ययन करना है।

जिनेवा स्थित इस शोध संस्थान ने क्षेत्र की कुछ सबसे प्रतिभाशाली और अभिनव परियोजनाओं पर काम किया है, और इसकी उपलब्धियों का महत्व कम नहीं आँका जा सकता। उदाहरण के लिए, टिम बर्नर्स-ली ने 1989 में यहीं से वर्ल्ड वाइड वेब की शुरुआत की थी। बाद में 1991 में इसी संस्थान ने पहली वेबसाइट की मेज़बानी की। आज यहाँ विभिन्न वैज्ञानिक गतिविधियों पर काम होता है।

CERN में Large Hadron Collider (LHC), विश्व का सबसे बड़ा और सर्वाधिक ऊर्जा वाला कण कोलाइडर, स्थित है। यह प्रोटॉन और अन्य कणों की टक्कर के उत्पादों का अध्ययन करता है। कुछ डार्क मैटर उम्मीदवारों की खोज में वैज्ञानिक टक्कर के बाद दिखाई न देने वाली ऊर्जा और संवेग जैसे संकेत तलाशते हैं; यह डार्क मैटर का गुरुत्व सीधे मापने की विधि नहीं है।

न्यूट्रॉन तारा

डार्क मैटर की अप्रत्यक्ष खोज में न्यूट्रिनो जैसे संभावित उपोत्पादों का अध्ययन भी शामिल है। अंटार्कटिका के दक्षिणी ध्रुव पर स्थित IceCube Neutrino Observatory ऐसे संकेत खोजता है। यह डार्क मैटर के न्यूट्रॉन तारों में जमा होने को सीधे देख चुका है, ऐसा निष्कर्ष नहीं निकालना चाहिए।

कुछ मॉडलों में डार्क मैटर के कण एक-दूसरे के साथ विनाश-अभिक्रिया करके अन्य कण उत्पन्न कर सकते हैं। वैज्ञानिक संभावित रूप से समृद्ध क्षेत्रों से आने वाले अतिरिक्त संकेत खोजते हैं। यह मॉडल पर निर्भर संभावना है; ऐसा हर प्रकार के डार्क मैटर के साथ या हर न्यूट्रॉन तारे में होना सिद्ध नहीं है।

इन खोजों से लाभान्वित हो सकने वाली कंपनियां

डार्क मैटर की प्रकृति का पता लगाना वैज्ञानिकों का एक महत्वपूर्ण लक्ष्य है। इससे उसे ऊर्जा स्रोत के रूप में उपयोग करना संभव हो जाएगा, ऐसा अभी स्थापित नहीं है। अंतरिक्ष यान, सेंसर और सटीक उपकरण बनाने वाली कंपनियाँ संबंधित अनुसंधान में योगदान दे सकती हैं, लेकिन नीचे दिए गए नामों को निश्चित व्यावसायिक लाभार्थी नहीं माना जाना चाहिए।

1. SpaceX

Elon Musk ने 2002 में SpaceX की स्थापना की। इसका औपचारिक नाम Space Exploration Technologies Corporation है; SpaceX उसका प्रचलित संक्षिप्त नाम है। Musk ने कंपनी के शुरुआती विकास में अपनी पूँजी लगाई। PayPal (PYPL ) की बिक्री से मिली रकम और बाद में सार्वजनिक रूप से सूचीबद्ध उसके शेयरों को एक ही चीज़ नहीं समझना चाहिए।

SpaceX ने वाणिज्यिक अंतरिक्ष उड़ानों में महत्वपूर्ण उपलब्धियाँ हासिल की हैं। मई 2012 में उसका Dragon अंतरराष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन तक पहुँचने वाला पहला वाणिज्यिक अंतरिक्ष यान बना। कंपनी ने पृथ्वी पर रॉकेट बूस्टर उतारने और दोबारा इस्तेमाल करने की तकनीक भी विकसित की। 2024 तक वह चंद्रमा पर रॉकेट उतार चुकी थी या पुन: प्रयोज्य रॉकेट उतारने वाली अकेली कंपनी थी, यह दावा सही नहीं है।

2. Teledyne Technologies Inc.

TDY मूल्य चार्ट

Teledyne Technologies (TDY ) Inc. उन्नत इलेक्ट्रॉनिक्स, मापन उपकरण, इमेजिंग प्रणालियाँ और संचार उत्पाद उपलब्ध कराती है। स्वतंत्र सार्वजनिक कंपनी के रूप में इसका गठन 1999 में हुआ था। अंतरिक्ष और अन्य वैज्ञानिक उपकरण इसके कारोबार का हिस्सा हैं।

अंतरिक्ष अभियानों में अधिक इमेजिंग और मापन उपकरणों की जरूरत Teledyne के लिए अवसर पैदा कर सकती है। कंपनी के सेंसर और अन्य प्रणालियों का उपयोग वैज्ञानिक और अंतरिक्ष अनुप्रयोगों में होता है। इसे मुख्य रूप से एयरोस्पेस एल्युमिनियम की प्रदाता कहना सही नहीं है।

Teledyne का कारोबार अंतरिक्ष और वैज्ञानिक उपकरणों की माँग से प्रभावित हो सकता है। मूल लेख में दिए गए 6.56% प्रतिफल की समयावधि स्पष्ट नहीं है, इसलिए उसे निरंतर या सुनिश्चित प्रतिफल नहीं माना जा सकता। किसी शेयर को खरीदने का निर्णय उसकी कीमत, कारोबारी स्थिति और निवेशक के जोखिम पर निर्भर करता है।

अंधकार पदार्थ अध्ययन का भविष्य

रोबोटिक्स और कृत्रिम बुद्धिमत्ता वैज्ञानिक उपकरणों के संचालन और बड़े डेटा-समूहों के विश्लेषण में सहायता कर सकती हैं। इनसे डार्क मैटर की खोज को समर्थन मिल सकता है, लेकिन वे अपने आप इसकी प्रत्यक्ष पहचान सुनिश्चित नहीं करतीं।

प्रयोगशालाओं में डार्क मैटर उम्मीदवारों के संकेतों की खोज भी जारी रहेगी। LHC जैसे कोलाइडर कुछ सैद्धांतिक उम्मीदवारों की जाँच कर सकते हैं। डार्क मैटर वहाँ बनाया जा चुका है या निश्चित रूप से बनाया जाएगा, ऐसा कहना सही नहीं है।

अंधकार पदार्थ को मापना पहला कदम है

डार्क मैटर के गुरुत्वीय प्रभावों का अध्ययन और उसके कणों की खोज दोनों महत्वपूर्ण हैं। भविष्य में विभिन्न प्रयोगों के डेटा को साथ जोड़ने और उन्नत विश्लेषण से मॉडलों की बेहतर जाँच हो सकती है। फिलहाल इसकी प्रकृति एक खुला वैज्ञानिक प्रश्न है।

आप रोमांचक एयरोस्पेस परियोजनाओं के बारे में अधिक जान सकते हैं यहाँ.