প্রোটন-নিউট্রনের ভেতরের ব্যারিয়ন জাংশন

পদার্থবিজ্ঞানের পাঠ্যবইয়ে সাধারণত প্রোটন ও নিউট্রনকে তিনটি কোয়ার্কের সমন্বয়ে তৈরি কণা হিসেবে দেখানো হয়। কিন্তু নতুন গবেষণা বলছে, এই ধারণা সম্পূর্ণ নয়। কোয়ান্টাম ক্রোমোডাইনামিক্স (QCD)-এর গভীর স্তরে প্রোটন ও নিউট্রনকে বরং ব্যারিয়ন জাংশন হিসেবে বুঝলে সেটা আরও সঠিক হতে পারে। গবেষণাটি করেছে RHIC-এ কর্মরত স্টার কোলাবোরেশন। এর ফল প্রকাশিত হয়েছে সায়েন্স পত্রিকায়।

প্রোটন ও নিউট্রনের মতো কণাকে ব্যারিয়ন বলা হয়। এদের একটি গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য হলো ব্যারিয়ন সংখ্যা, যা পরীক্ষিত সব পরিচিত বিক্রিয়ায় সংরক্ষিত থাকে। প্রচলিত ভ্যালেন্স কোয়ার্ক মডেলে প্রতিটি কোয়ার্কের ব্যারিয়ন সংখ্যা ১/৩ এবং প্রতিটি অ্যান্টিকোয়ার্কের −১/৩ ধরা হয়। ফলে তিন কোয়ার্কের প্রোটনের ব্যারিয়ন সংখ্যা হয় ১। কিন্তু QCD-এর মৌলিক কাঠামোতে ব্যারিয়ন সংখ্যা কোয়ার্কের সঙ্গেই যুক্ত থাকতে হবে, এমন বাধ্যবাধকতা নেই।

১৯৯৬ সালে পদার্থবিদ দিমিত্রি খারজিভ একটি বিকল্প ধারণা প্রস্তাব করেন। তাঁর মডেলে ব্যারিয়ন সংখ্যা কোয়ার্কে নয়, বরং কোয়ার্কগুলোকে যুক্ত করে রাখা শক্তিশালী বলের গ্লুয়ন ক্ষেত্রের Y-আকৃতির সংযোগস্থলে অবস্থান করে। এই কাঠামোকেই বলা হয় ব্যারিয়ন জাংশন।

এই দুই মডেলের পার্থক্য খুঁজতে স্টার দল RHIC-এ ভারী-আয়ন সংঘর্ষের তথ্য বিশ্লেষণ করে। সোনার নিউক্লিয়াসের মুখোমুখি সংঘর্ষ এবং আংশিক সংঘর্ষ বাধান তাঁরা। দেখা গেল, উচ্চ শক্তিতে ব্যারিয়ন যেভাবে ছড়িয়ে পড়ে, তা প্রচলিত ভ্যালেন্স-কোয়ার্ক মডেলের পূর্বাভাসের সঙ্গে পুরোপুরি মেলে না। শক্তি বাড়লে ব্যারিয়ন ছিটকে পড়ার হার কমে ঠিকই, কিন্তু ওই মডেল অনুযায়ী যতটা দ্রুত কমার কথা, বাস্তবে তার চেয়ে ধীরে কমে। ব্যারিয়ন জাংশন মডেল কিন্তু এই আচরণকে ভালোভাবে ব্যাখ্যা করতে পারে।

আরও গুরুত্বপূর্ণ প্রমাণ আসে রুথেনিয়াম-৯৬ ও জারকোনিয়াম-৯৬ নিউক্লিয়াসের সংঘর্ষ থেকে। উভয়ের নিউক্লিয়নে সংখ্যা সমান হওয়ায় তাদের ব্যারিয়ন সংখ্যা একই, কিন্তু প্রোটনের সংখ্যা ভিন্ন হওয়ায় বৈদ্যুতিক আধান আলাদা। পরীক্ষায় দেখা যায়, সংঘর্ষের পর ব্যারিয়ন সংখ্যা বৈদ্যুতিক আধানের তুলনায় অনেক সহজে পুনর্বণ্টিত হয়। অর্থাৎ কোয়ার্কই ব্যারিয়ন সংখ্যা ও বৈদ্যুতিক আধান, দুটির সমান বাহক নয়।

গবেষকদের মতে, প্রোটনের অভ্যন্তরীণ গঠন যে তিনটি স্থির কোয়ার্কের চেয়ে অনেক বেশি জটিল, এই ফল তার আরও একটি প্রমাণ। তবে এখনও এটি চূড়ান্ত সিদ্ধান্ত নয়। ভবিষ্যতে আরও পরীক্ষা, বিশেষ করে পরিকল্পিত ইলেকট্রন আয়ন কোলাইডার পরীক্ষা , এই ব্যারিয়ন জাংশন ধারণাটিকে আরও নির্ভুলভাবে যাচাই করতে পারে।

সূত্র: https://physicsworld.com/a/protons-and-neutrons-are-more-than-just-groups-of-three-quarks/