परमाणु के भीतर ग्लूऑन व्यवहार का अनोखा रहस्य उजागर: CERN के ALICE प्रयोग ने पकड़ी अब तक की सबसे तीखी तस्वीर

दशकों से भौतिकविदों के बीच इस बात पर बहस चल रही थी कि परमाणु नाभिक के अंदर प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को एक साथ बांधने वाले बल वाहक कण (ग्लूऑन) कैसे व्यवहार करते हैं। क्या वे सिर्फ एक-दूसरे पर छाया (शैडो) डालकर अपने स्पष्ट घनत्व को कम करते हैं? या फिर वे एक ऐसी सीमा पर पहुंच जाते हैं जहां वे इतने सघन हो जाते हैं कि वे एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करने लगते हैं? CERN के ALICE प्रयोग द्वारा प्राप्त एक ऐतिहासिक माप ने पहली बार इन दोनों तस्वीरों के बीच अंतर करने के लिए पर्याप्त सटीक डेटा एकत्र किया है ।

माप: इनकोहेरेंट J/ψ फोटोन्यूक्लियर प्रोडक्शन का पहला बहुआयामी दृश्य

यह नया परिणाम लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में अल्ट्रा-पेरिफेरल लेड-लेड (Pb-Pb) टकरावों में इनकोहेरेंट J/ψ फोटोन्यूक्लियर प्रोडक्शन का पहला बहुआयामी माप है । इन टकरावों में, सीसे के नाभिक सीधे टकराए बिना एक-दूसरे के बेहद करीब से गुज़रते हैं। यह व्यवस्था शोधकर्ताओं को एक नाभिक के मजबूत विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र को दूसरे नाभिक की ग्लूऑन संरचना का पता लगाने के लिए एक फोटॉन बीम के रूप में उपयोग करने की अनुमति देती है।

इन फोटॉन-नाभिक अंतःक्रियाओं में J/ψ मेसॉन (चार्म क्वार्क और एंटी-चार्म क्वार्क से बने कण) के उत्पादन को मापकर, भौतिक विज्ञानी बहुत छोटे पैमानों पर नाभिक के अंदर ग्लूऑन के स्थानिक वितरण और घनत्व का नक्शा बना सकते हैं। यह अध्ययन इस माप को इंटरैक्शन ऊर्जा और संवेग स्थानांतरण (मोमेंटम ट्रांसफर) दोनों के एक फलन के रूप में रिपोर्ट करता है, जो पहले कभी हासिल नहीं किए गए बहुआयामी विवरण का स्तर है ।

अभूतपूर्व रिज़ॉल्यूशन: 0.2 फेम्टोमीटर

मुख्य प्रगति रिज़ॉल्यूशन (resolution) में है। डेटा में संवेग स्थानांतरण का विश्लेषण करके, ALICE टीम 0.2 फेम्टोमीटर जितनी छोटी संरचनाओं का पता लगाने में सक्षम हुई - जो एक प्रोटॉन के आकार का लगभग दसवां हिस्सा है । यह परमाणु नाभिक के अंदर ग्लूऑन वितरण पर अब तक लागू किया गया सबसे बारीक रिज़ॉल्यूशन है।

"0.6, 0.3 और 0.2 फेम्टोमीटर के रिज़ॉल्यूशन पर, ALICE ने धीरे-धीरे नाभिक के अंदर छोटे क्षेत्रों की जांच की," कैन्सास विश्वविद्यालय के परमाणु भौतिक विज्ञानी और इस अध्ययन के नेता प्रोफेसर डैनियल तापिया ताकाकी ने कहा । इस सीढ़ीदार दृष्टिकोण ने टीम को यह देखने में मदद की कि जैसे-जैसे आप और करीब से देखते हैं, ग्लूऑन का व्यवहार कैसे बदलता है।

डेटा क्या दिखाता है: न्यूक्लियर शैडोइंग बनाम ग्लूऑन सैचुरेशन

परिणामों की व्याख्या करने के लिए, टीम ने अपने मापों की तुलना दो प्रतिस्पर्धी सैद्धांतिक मॉडलों से की:

• न्यूक्लियर शैडोइंग (Nuclear Shadowing): इस मॉडल में, ग्लूऑन घनत्व कम संवेग अंशों पर विभिन्न न्यूक्लियॉनों के बीच प्रकीर्णन (scattering) से विनाशकारी हस्तक्षेप (destructive interference) के माध्यम से कम हो जाता है। यह दशकों से मानक स्पष्टीकरण रहा है ।
• ग्लूऑन सैचुरेशन (Gluon Saturation): यह अधिक चरम तस्वीर भविष्यवाणी करती है कि बहुत अधिक घनत्व पर, ग्लूऑन एक-दूसरे के साथ अरेखीय (nonlinear) रूप से बातचीत करना शुरू कर देते हैं - मूल रूप से, वे इतने भर जाते हैं कि वे नए ग्लूऑन को 'प्रतिकर्षित' करने लगते हैं, जिससे किसी दिए गए आयतन में कितने मौजूद हो सकते हैं, इसकी एक सीमा निर्धारित होती है ।

ALICE डेटा पारंपरिक न्यूक्लियर शैडोइंग तस्वीर के बजाय ग्लूऑन सैचुरेशन का पक्ष लेता है । यह शैडोइंग ढांचे को चुनौती देता है जो 1970 के दशक से नाभिकीय ग्लूऑन प्रभावों के लिए डिफ़ॉल्ट स्पष्टीकरण रहा है।

Physical Review Letters में प्रकाशित

यह अध्ययन अगस्त 2026 में Physical Review Letters में प्रकाशित हुआ था, जिसमें लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर के रन 2 (2015-2018) के दौरान एकत्र किए गए डेटा का उपयोग किया गया था । ALICE सहयोग में दुनिया भर के दर्जनों संस्थानों के शोधकर्ता शामिल हैं, और इस विश्लेषण का नेतृत्व आंशिक रूप से कैन्सास विश्वविद्यालय में प्रोफेसर तापिया ताकाकी के समूह ने किया था ।

यह क्यों मायने रखता है

यह परिणाम इसलिए महत्वपूर्ण है क्योंकि ग्लूऑन सामान्य पदार्थ के द्रव्यमान और बंधन ऊर्जा पर हावी होते हैं। यह समझना कि ग्लूऑन उच्च घनत्व पर कैसे व्यवहार करते हैं, प्रबल नाभिकीय बल (क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स, या QCD) का एक पूर्ण सिद्धांत बनाने और संयुक्त राज्य अमेरिका में नियोजित इलेक्ट्रॉन-आयन कोलाइडर (EIC) सहित भविष्य के मापों की व्याख्या करने के लिए आवश्यक है ।

यदि ग्लूऑन सैचुरेशन की पुष्टि हो जाती है, तो यह नाभिकीय पदार्थ के एक नए चरण का प्रतिनिधित्व करेगा - ग्लूऑन की एक सघन, सामूहिक अवस्था जो पहले कभी नहीं देखी गई। ALICE का परिणाम अब तक का सबसे मजबूत प्रायोगिक संकेत है कि यह चरण उच्च ऊर्जाओं पर परमाणु नाभिकों के अंदर मौजूद है ।