কণা পদার্থবিজ্ঞান বা পার্টিকেল ফিজিক্স সম্পর্কে সম্যক জ্ঞান লাভের মূল ধাপ হল বিভিন্ন ক্ষুদ্র মৌলিক কণাসমূহের পরিচয় ও তাদের বৈশিষ্ট্য সম্পর্কে জানা। বিষয়টি প্রকৃত অর্থে বেশ বিভ্রান্তিকর। কারণ কণা পদার্থবিজ্ঞানে মৌলিক কণারা সংখ্যায় একেবারে কম নয়। তাই তাদের সম্বন্ধে পৃথক পৃথকভাবে জানা এবং সেগুলো মনে রাখা বেশ কষ্টসাধ্য। তবে কণাদের নামগুলোর উৎপত্তি এবং নামকরণের কারণসমূহ জানতে পারলে কণা পরিচিতি অনেকটাই সহজ হয়ে যায়। তাই মৌলিক ও যৌগিক কণাদের নামের রহস্য উন্মোচনই আজকের আলোচনার মূল বিষয়।
শুরুতেই বলা যায়, খুদে কণাদের সাধারণভাবে দুইভাবে ভাগ করা যায়। প্রথমটির নাম ‘সুনির্দিষ্ট কণা’। এর আওতায় রয়েছে ইলেকট্রন, প্রোটন, নিউট্রন ইত্যাদি। এককথায় মৌলিক কণা বলতে যাদের নাম আমাদের মনে আসে সবই এই শ্রেণীর মধ্যে পড়ে। আরেক প্রকৃতির কনাসমুহকে বলা হয় ‘শ্রেণী কণা’। এই কনাসমুহ লোকমুখে তেমন প্রচলিত নয়। তবে কণাপদার্থবিজ্ঞানে এদের উপস্থিতি লক্ষণীয়। শ্রেণী কণার অন্তর্গত কণিকাসমূহের স্পিন, অনুভূত বল এমনকি কণাদের প্রকৃতিও অনেক সময় পৃথক হয়ে থাকে। বিংশ শতাব্দীর চল্লিশের দশকে বেশ কিছু কণার নামকরণ করা হয়। কিন্তু সেই নামগুলোর অধিকাংশই ঐতিহাসিক অর্থবাহী ছিল। এ তো গেল একেবারে সাধারণ শ্রেণিবিভাগ। কণা পদার্থবিজ্ঞানের জগতে বিদ্যমান সকল কনাকে শ্রেণীবদ্ধ করার বিভিন্ন পদ্ধতিগুলো এবার জেনে নেওয়া যাক।
আরো পড়ুনঃ মহাকাশের শুরু কোথায়?
সর্বপ্রথমে ভরের কথা চিন্তা করা যাক। ভরের উপর নির্ভর করে কণাসমুহকে ছোট,মধ্যম এবং বড়- তিনভাগে ভাগ করা যায়। আবার স্পিন বা ঘূর্ণনের উপর ভিত্তি করে কণাদের দুইভাবে শ্রেণীবিন্যাস করা যায়। কিছু কণা রয়েছে যাদের স্পিন সংখ্যা নিখাদ পূর্ণসংখ্যা (০, ১, ২ ইত্যাদি)। আবার কিছু কণাদের স্পিনসংখ্যা পূর্ণসংখ্যার ভগ্নাংশরূপে (১/২, ৩/২, ৫/২ ইত্যাদি) প্রকাশ করা হয়। এছাড়াও আমরা জানি কতিপয় ক্ষুদ্র কনিকাদের বৈদ্যুতিক চার্জ বা আধান রয়েছে। তাই আধানের অস্তিত্ব অনুসারে কণাদেরকে দুইভাগে (চার্জগ্রস্ত ও নিরপেক্ষ) ভাগ করা সম্ভব। তবে এই সমস্ত ভিত্তিগুলো খুব বিশেষ কিছু নয়। কণাদের বাহ্যিক আচরণ ও গাঠনিক বৈশিষ্ট্য থেকে এই প্রকরণগুলো অনেকটাই আন্দাজ করা যায়। তাই কণাদের সম্পর্কে আরও গভীরভাবে জানতে হলে এর ভেতরের বৈশিষ্ট্যগুলো নিয়েও পর্যবেক্ষণ করা দরকার।
মহাবিশ্বে আধিপত্যবিস্তারকারী চারটি মৌলিক বলের একটি হল নিউক্লীয় সবল বল। এই বলের কারণেই নিউক্লিয়াসের মাঝে প্রোটনগুলো পৃথক না হয়ে সংঘবদ্ধভাবে থাকে। প্রোটন ছাড়া আরও অনেক কণা এই সবল বলের দ্বারা প্রভাবিত হয়। অপরপক্ষে অনেক কণাই আছে যারা সবল বলের প্রতি আকৃষ্ট হয় না। তাই সবল বলের সাহায্যে কণাদেরকে ২টি স্তরে ব্যাখ্যা করা সম্ভব। কণাদেরকে বিজ্ঞানীরা প্রাথমিকভাবে মোটামুটি এই চারটি বিষয়ের উপর নির্ভর করেই আলোচনা করার প্রয়াস চালান। এবার খুদে কণাদের নামের রহস্য জানার পালা।
১৯৪০ বা ৫০ এর দশকে কণাদের নামকরণের হিড়িক পড়ে যায়। সেই সময় ভরনির্ভর নামপ্রদানের প্রতি বিজ্ঞানীরা বেশি আগ্রহী হয়ে উঠেন। তাই তারা কণাদের নাম ঠিক করার জন্য প্রোটন এবং নিউট্রনের ভরকে প্রমাণ ভর হিসেবে গ্রহণ করেন। বলাবাহুল্য, প্রোটন এবং নিউট্রন উভয়ের ভরই প্রায় সমান। খুব সামান্য ভরবিশিষ্ট কণা সমূহ (যেমনঃইলেকট্রন,নিউট্রিনো ইত্যাদি) যাদের ভর প্রোটন বা নিউট্রনের চেয়ে অনেক কম (প্রোটন বা নিউট্রনের ভরের ০.০৫ শতাংশের কম) তাদেরকে ‘লেপ্টন’ নাম প্রদান করা হয়। কারণ এদের ভর খুব কম এবং আকারে অনেক ছোট। গ্রিক ভাষায় ‘ছোট’ শব্দের পরিভাষা হল ‘লেপ্টো’। অপরপক্ষে, প্রোটন বা নিউট্রনের সমান বা দ্বিগুণ ভর বিশিষ্ট কণাগুলোর নাম রাখা হয় ‘ব্যারিয়ন’। ক্ষুদ্র কণাদের জগতে এরা রীতিমত দানব আকৃতিরই বলা যায়। গ্রিক ‘ব্যারি’ শব্দের বাংলা অর্থ ‘ভারী’। এছাড়াও কণাদের রাজ্যে এমন অনেক সদস্য আছে যাদের ভর ব্যারিয়ন ও লেপ্টনের মাঝামাঝি। তাদের ভর প্রোটনের ভরের ১০ থেকে ৫০ শতাংশের মাঝে বিদ্যমান। এই কণাদের নাম দেয়া হয় ‘মেসন’। এই শব্দটিও গ্রিক ভাষা থেকেই উদ্ভূত। গ্রিক ভাষায় ‘মেসস’ শব্দের অর্থ দাঁড়ায় অন্তর্বর্তী বা মাঝামাঝি। প্রথমে এই কণাদের নাম রাখা হয়েছিল মেসোট্রন। তবে সেটি বেশিদিন স্থায়ী ছিল না। ভরনির্ভর এই শ্রেণিবিভাগ বাইরে থেকে বেশ যুক্তিসঙ্গত মনে হলেও এর মাঝে বেশ কিছু ত্রুটি ধরা পড়ে।
ব্যারিয়ন কণাগুলি নিউক্লীয় সবল বল দ্বারা প্রভাবিত হয়। কিন্তু লেপ্টন হয় না। আবার অধিকাংশ মেসন কণাই সবল বল অনুভব করে। কিন্তু ঝামেলাটা বাঁধে মিউওন নামে এক প্রকার কণা নিয়ে। ক্ষুদ্র ভরের এই মেসন কণার উপর সবল বল নিষ্ক্রিয় ভূমিকা পালন করে। যার ফলে কণাসমূহের শ্রেণিবিন্যাসের ক্ষেত্রে আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ তথ্যের সন্ধান মেলে। কারণ সবল বলের সাহায্যে কণাদের ব্যাখ্যা করার এই ধারনাটিই পরবর্তীতে বিজ্ঞানী ও পদার্থবিদদের খুদে কণাদের সম্পর্কে পুঙ্খানুপুঙ্খভাবে জানার সুযোগ করে দেয়।
যে সমস্ত কণিকা নিউক্লীয় সবল বল অনুভব করে তাদেরকে ডাকা হয় ‘হ্যাড্রন’ নামে। এই নামটি অবশ্য অনেক পরে এসেছে। ১৯৬২ সালে রাশিয়ান পদার্থবিজ্ঞানী লেভ ওকুন সর্বপ্রথম হ্যাড্রন শব্দটি ব্যাবহার করেন। গ্রিক ‘অ্যাড্রস’ শব্দ থেকেই হ্যাড্রনের উৎপত্তি। অ্যাড্রসের বাংলা অর্থ ভারী।
স্পিন বা ঘূর্ণনের বিবেচনায়, যে সকল কণার স্পিন কোয়ান্টাম সংখ্যার মান পূর্ণসংখ্যা (০,১,-১ ইত্যাদি) তাদের নাম রাখা হয় বোসন । ভারতবর্ষের বিখ্যাত বাঙালি পদার্থবিজ্ঞানী ও ঢাকা বিশ্ববিদ্যালয়ের পদার্থবিজ্ঞান বিভাগের সাবেক রিডার সত্যেন্দ্রনাথ বোস এই সমস্ত কণাদের বিভিন্ন বৈশিষ্ট্যাবলী বর্ণনাকারী গাণিতিক সমীকরণ নির্ণয় করেন ও সর্বকালের অন্যতম শ্রেষ্ঠ বিজ্ঞানী আলবার্ট আইনস্টাইনের সহায়তায় তার সেই যুগান্তকারী আবিষ্কার প্রকাশ করেন। তার এই অনবদ্য কাজের সম্মানার্থে এই কণাদের নামকরন করা হয় ‘বোসন কণা’।
এছাড়াও যেসব কণার স্পিন কোয়ান্টাম সংখ্যার মান পূর্ণসংখ্যার ভগ্নাংশ (তাদের বলা হয় ‘ফারমিয়ন কণা’। খ্যাতনামা নোবেল বিজয়ী বিজ্ঞানী এনরিকো ফার্মি এবং পল ডিরাক এই কণাসমূহের বর্ণনাকারী গাণিতিক সমীকরণ আবিষ্কার করেছিলেন।
ভারী ব্যারিয়ন আর হালকা লেপ্টন কণাগুলো ফারমিয়নের অন্তর্গত। আর অধিকাংশ মাঝামাঝি ভরের মেসন কণাগুলো বোসন কণার অন্তর্ভুক্ত। কিন্তু এখানেও একটা বিপত্তি দেখা যায়। মিউওন কণা ফারমিওন কণার মত আচরণ করে। কিন্তু এই কনাকে মেসনের মাঝে স্থান দেয়া হয়েছে। যার কারণে কণাদের ভরভিত্তিক শ্রেণিবিন্যাসের ধারনাটিকে আর উপযুক্ত মানদণ্ড হিসেবে ধরা সম্ভবপর ছিল না। তাই নতুন কোন ধারণার আবির্ভাব ছিল অবশ্যম্ভাবী।
আরো পড়ুনঃ আমরা রঙ কিভাবে দেখি?
দুই দশকের বেশি সময় ধরে বিদ্যমান এই রহস্যের সমাধান মেলে ৬০ এর দশকে। সে সময়ের দুই পদার্থবিদ মারে গেলম্যান ও জর্জ জুইগ উল্লিখিত বিষয়টি আলাদাভাবে গবেষণা করে একই ফলাফল পান। আর তাদের প্রাপ্ত ফলাফলের মাঝেই সমাধানের খোঁজ মেলে। তারা অভিমত দেন, সকল ব্যারিয়ন ও অধিকাংশ মেসন কণাগুলো কোয়ার্ক নামক ক্ষুদ্রতর কণা দ্বারা তৈরি। কোয়ার্ক হচ্ছে ফারমিয়ন কণা। এদের স্পিন কোয়ান্টাম সংখ্যা ১/২ । এরা ঘড়ির কাঁটার দিকে অথবা তার বিপরীত দিকে ঘুরতে পারে। এই কারণে কোয়ার্ক কণাগুলোর স্পিনসংখ্যাকে দুইভাবে লেখা যায়। ঘড়ির কাঁটার দিকে ঘূর্ণনরত কোয়ার্কের স্পিন কোয়ান্টাম সংখ্যা -১/২ । আর কাঁটার বিপরীত দিকে ঘোরা কোয়ার্ক কণাসমূহের স্পিন সংখ্যা +১/২ কোয়ার্ক কণাসমুহ নিউক্লীয় সবল বল দ্বারা প্রভাবিত হয়। কিন্তু মিউওন কণা সবল বলের প্রতি আকৃষ্ট হয় না। তাই কোয়ার্কের আবির্ভাবের ফলে মিউওন তার প্রজাতি হারায়। তখন এই কণাকে মেসন থেকে বের করে লেপ্টনের অন্তর্ভুক্ত করা হয়। এর মাধ্যমে এটাও জানা গেল যে, মিউওনের মাঝে কোন কোয়ার্ক কণা নেই। আর এর মাধ্যমেই সকল কণাগুলোকে তাদের কাঙ্ক্ষিত স্থানে শ্রেণীভুক্ত করা সম্ভব হয়। তাহলে কণাদের প্রকৃত শ্রেণীবিন্যাসটা কেমন হল সংক্ষেপে দেখা যাক।
স্পিন বা ঘূর্ণনের ভিত্তিতে কণাদের ভাগ করা হল দুই ভাগে। ফারমিওন ও বোসন। লেপ্টনে কোন কোয়ার্ক থাকে না। কিন্তু হ্যাড্রনে কোয়ার্ক কণা রয়েছে। মেসন ও ব্যারিয়ন উভয় ধরনের কণাকে একত্রে হ্যাড্রন বলে। মেসন কণাতে দুইটি আর ব্যারিয়নে তিনটি কোয়ার্ক থাকে। যেহেতু কোয়ার্কের স্পিন সংখ্যা +১/২ ও -১/২ । তাই মেসন কণাগুলোর (দুইটি কোয়ার্কসমৃদ্ধ কণা) সম্ভাব্য স্পিন সংখ্যা হবে ০,-১ অথবা +১। স্পিন সংখ্যা পূর্ণসংখ্যা হওয়ায় মেসন কণাগুলোকে বোসন কণা বলা হয়ে থাকে। ব্যারিয়নের ক্ষেত্রে যেহেতু তিনটি কোয়ার্ক আছে তাই তিনটি কোয়ার্কের স্পিন সংখ্যা যোগ করলে যে মান গুলো পাওয়া যায় তা হল +১/২, -১/২, +৩/২ এবং -৩/২।
ব্যারিয়ন ও মেসন কণার স্পিনসংখ্যার ধারণা
সম্ভাব্য স্পিন সংখ্যাগুলো ভগ্নাংশ থাকার কারণে ব্যারিয়ন কণাগুলোকে ফারমিয়ন কণার অন্তর্গত করা হয়। ওদিকে লেপ্টন কণাগুলোর মাঝে ক্ষুদ্র কোন কণিকা নেই। এরা অনেকটা কোয়ার্কের মতই। তবে সবল বলের প্রতি এদের কোন আকর্ষণ নেই। তাই লেপ্টন কণাগুলোকেও ফারমিয়ন কণাই বলা হয়।
নীচে কণাদের শ্রেণিবিন্যাসের একটি ভেনচিত্র প্রদান করা হল। চিত্রটিতে ফারমিয়ন ও বোসন কণাগুলোর বিভিন্ন শ্রেণির কণাগুলোকে উল্লেখ করা হয়েছে। চিত্রে উল্লেখিত কিছু শ্রেণীর কণা সবল বল দ্বারা প্রভাবিত হয় । আবার কিছু কণা প্রভাবিত হয় না। নিউক্লীয় সবল বল অনুভূত কণাগুলো কোয়ার্ক বহন করে। কোয়ার্কবিহীন বোসন কণার মাঝে রয়েছে ফোটন, ডব্লিউ ও জেড বোসন,গ্লুওন এবং হিগস বোসন । এই কণাগুলো মহাবিশ্বের কতিপয় বলগুলোকে বহন করে। আমরা জানি ,মহাবিশ্বে এখন পর্যন্ত চার ধরনের মৌলিক বল সম্পর্কে জানা গেছে। এগুলো হল মহাকর্ষ,তড়িৎচৌম্বকীয়,নিউক্লীয় সবল ও দুর্বল বল। এই মৌলিক বলগুলো সৃষ্টির জন্য দায়ী কণাগুলো বোসন কণা। কিন্তু তারা হ্যাড্রনের অন্তর্গত নয়। পূর্বে উল্লেখকৃত কোয়ার্কবিহীন বোসন কণা ছাড়াও আরও এক ধরনের বল উৎপন্নকারী বোসন কণা রয়েছে। তার নাম গ্রাভিটন। ধারণা করা হয়, মহাকর্ষ বল সৃষ্টির জন্য এই কণাগুলোই মূল ভূমিকা পালন করে। কিন্তু দুর্ভাগ্যবশত এখনও এই কণার অস্তিত্বের প্রত্যক্ষ কোন প্রমাণ বিজ্ঞানীরা পান নি। তাদের ধারণা, গ্রাভিটনের দেখা পেতে আমাদের হয়ত আরও হাজার বছর অপেক্ষা করতে হবে।
আমাদের মহাবিশ্বে বিরাজমান কণিকাদের মোটামুটি এই কয়েকভাবেই সাধারণত শ্রেণিভুক্ত করা হয়। অন্যান্য সব কণিকা যেমনঃ ইলেকট্রন, প্রোটন, নিউট্রন, নিউট্রিনো, পাইওন, কেওন, ডেল্টা কণাসহ যাবতীয় কণা এই ভেন ডায়াগ্রামের কোন না কোন শ্রেণীর মধ্যেই পড়বে। তবে বলে রাখা ভালো, এখানে উল্লেখ করা কণিকাগুলোর মাঝে কিছু আছে বিশেষ কণা,কিছু আছে সাধারণ কণা। উদাহরণস্বরূপ বলা যায়, মহাবিশ্বে ইলেকট্রন কণা এক প্রকারেরই আছে। তাই এর নামটি মৌলিক। তাই একে সাধারণ কণা বলা হয়। কিন্তু অন্যান্য স্বল্পপরিচিত কণা যেমনঃ মিউওন আর পাইওন যথাক্রমে মিউ লেপ্টন ও পাই মেসনের সংক্ষিপ্ত রূপ। এগুলো হচ্ছে বিশেষ কণা। তাই কণা পদার্থবিজ্ঞানে সাধারণ ও বিশেষ কণাদের সম্পর্কে পৃথকভাবে আলোচনা করা হয়। এর ফলে সকল ধরনের সংশয় দূর হয়ে যায় এবং কণাদের পরিচিতি পর্বটাও পূর্ণতা লাভ করে।
আরো পড়ুনঃ স্যাটেলাইট নিয়ে বিস্তারিত
পরিশেষে কণাপদার্থবিজ্ঞান বিষয়ে আগ্রহী এবং উৎসুক পাঠকদের জন্য একটি ফ্লোচার্ট দেয়া হল। এখানে এযাবতকাল আবিষ্কৃত সকল কণা প্রতিকণাগুলোকে বিভিন্ন শ্রেণীতে সজ্জিত করার নিয়ম ও পদ্ধতি বলা হয়েছে। যদি কোন পাঠক এমন কোন কণা ভবিষ্যতে খুঁজে পান যাকে এই ফ্লোচার্টে বর্ণিত প্রক্রিয়ায় ব্যাখ্যা করা যায় না, তবে সুইডেনের স্টকহোমে তার আসন্ন সফরের জন্য অগ্রিম শুভেচ্ছা ও অভিনন্দন রইল।
তথ্যসুত্র
