বিভিন্ন বৈজ্ঞানিক পরীক্ষণ, প্রযুক্তিগত প্রচেষ্টা এবং বানিজ্যিক ব্যবহারের সক্ষ্মিলিত ফলাফল আজকের নিউক্লিয় পদার্থ বিজ্ঞান। গত কয়েক শতাব্দী ধরে রসায়ন এবং পদার্থ বিজ্ঞানের আরোহিত জ্ঞানের সমন্বয়ে গড়ে উঠেছে নিউক্লিয় পদার্থ বিজ্ঞানের সনাতনী ভিত্তি, যেটা গত ১০০ বছরে বিভিন্ন পরীক্ষণের মাধ্যমে আজকের আধুনিক রূপ পেয়েছে।
উনবিংশ শতাব্দীর শেষার্ধে পরমানুর রহস্য অনুসন্ধানের মাধ্যমে নিউক্লিয় পদার্থ বিজ্ঞানের সূচনা। ১৮০৮ সালে ডালটন পরমানু তত্তের বিজ্ঞান সম্মত ব্যাখ্যা দেন। তার তত্ত্ব অনুযায়ী পরমানু মৌলের ক্ষুদ্রতম অবিভাজ্য অংশ। ‘পরমানু অবিভাজ্য’- এই ধারনা বহুদিন প্রচলিত থাকলেও তা জ্ঞান পিপাসু মানুষকে সন্তুষ্ট করতে পরেনি।
F১৮৭৯ সালে ক্রুক তড়িৎ ক্ষরণ এর সাহায্যে গ্যাসকে আয়নিত করেন, যেটা পদার্থ বিজ্ঞানের ইতিহাসে এক নতুন মাত্রা যোগ করে; শুরু হয় নিউক্লিয় পদার্থ বিজ্ঞানের আধুনিক যুগ। ১৮৯৫ সালে রন্টজেন তড়িৎ ক্ষরণ নল থেকে উচ্চ ভেদন ক্ষমতা সম্পন্ন রশ্মি (X ray) আবিষ্কার করেন এবং ১৮৯৬ বেকারেল ঠিক একই ধর্মের রশ্মি ( γ ray) পান, যেটা ইউরোনিয়াম থেকে স্বতঃস্ফুর্ত ভাবে বিকিরিত হয়। এসকল আবিষ্কার নিউক্লিয় পদার্থ বিজ্ঞানের জ্ঞানকে সমৃদ্ধ করে এবং পাশাপাশি প্রমানিত হয় যে বস্তু জগতে পরমানুর চেয়েও ক্ষুদ্রতর কণার অস্তিত্ব রয়েছে এবং এসব কণার অবস্থান পরমানুর অভ্যন্তরে। স্যার জে জে টমসন ১৮৯৭ সালে এ ধরণের একটি কণা আবিষ্কার করেন। ইলেক্ট্রন নামক অতি ক্ষুদ্র ও ঋণাত্মক চার্জ যুক্ত এই কণার ভর ৯x১০-৩১ কেজি, যেটা পরমানুর রাসায়নিক গুনাবলী নির্ধারণ করে।
পরমানুর অভ্যন্তরে ইলেকট্রন ও পজিটিভ কণার উপস্থিতি আবিষ্কৃত হলেও, পরমানুর প্রকৃত গঠন তখনও অজানা। পরবর্তীতে রাদারফোর্ড এবং বোর এর বিভিন্ন পরীক্ষনের মাধ্যমে প্রমানিত হয় পরমানুর অভ্যন্তরে ধনাত্মক নিউক্লিয়াসকে কেন্দ্র করে ইলেক্ট্রন সমূহ ঘূর্ণয়মান।
এরপর বিজ্ঞানীগণ জ্ঞান আহরণের লক্ষ্যে নিউক্লিয়াসের রহস্য অনুসন্ধান করতে তৎপর হলেন। ১৯১৯ সালে রাদারফোর্ড আলফা কণা দ্বারা নাইট্রোজেনকে আঘাত করে সর্বপ্রথম নিউক্লিয় রূপান্তর লক্ষ্য করেন। এ সময়ই প্রোটন আবিষ্কৃত হয়। পোলোনিয়াম হতে নির্গত আলফা কণা দিয়ে বেরিলিয়ামকে আঘাত করে ১৯৩২ সালে জেমস্ শ্যাডউইক নিউট্রন আবিষ্কার করেন। নিউক্লিয়াস যে নিউট্রন-প্রোটন দিয়ে গঠিত- এই সত্যটি বিজ্ঞানীগণ প্রথমবারের মত উপলব্ধি করতে সক্ষম হন। এই নিউট্রন-প্রোটন কিভাবে একত্রে কঠিন বন্ধনে আবদ্ধ থাকে তার উত্তর খুজতে গিয়ে ১৯৩৫ সালে জাপানী বিজ্ঞানী ইউকাওয়া মেসন তত্ত্বের অবতারণা করেন। পরে নভোরশ্মি গবেষাণায় ১৯৪৭ সালে মেসন আবিষ্কৃত হলে নিউক্লিয় পদার্থ বিজ্ঞানে এক যুগান্তকারী অধ্যায় সংযোজিত হয়। কণাত্বরণ যন্ত্রের আবিষ্কারও এক নব যুগের সূচনা করে। এদের সাহায্যে সৃষ্ট শক্তিশালী কণা সমূহকে প্রবল বেগে ছুঁড়ে দেয়া হয় বিভিন্ন নিউক্লিয়াসের দিকে। এতে নানা জাতের বিক্রিয়া ঘটে- ফলে ক্ষেপণক কণা নিউক্লিয়াসের কাঠামো সম্পর্কে নতুন নতুন তথ্য জানিয়ে দেয়। এছাড়া চার্জ নিরপেক্ষ হওয়ায় ধীর নিউট্রন অতি সহজেই নিউক্লিয়াসের সাথে বিক্রিয়া করতে পারে এবং এজন্য নিউট্রন বিক্রিয়া নিউক্লিয়াসের ধর্ম ও বৈশিষ্ট্য গবেষণায় বিশেষ স্থান দখল করে নিয়েছে।
সাধারণতঃ এসব বিক্রিয়া সংঘটনে কিছু শক্তির প্রয়োজন হয় এবং তাতে কিছু পরিমান শক্তির উদ্ভব হয়। আর শক্তির পরিমাপে তা রাসায়নিক বিক্রিয়ায় উদ্ভুত শক্তির কোটি গুণ। ধারণা করা হয় উপযুক্ত বিক্রিয়া আবিষ্কৃত হলে বিরাট শক্তির উদ্ভব করানো সম্ভব। ১৯৩৮ সালে এরকম বিক্রিয়া ‘ফিশন প্রক্রিয়া’ (নিউক্লিয়াসের ভাঙ্গন) আবিষ্কৃত হয়- এতে প্রচুর পরিমান শক্তি নির্গত হয়। এই শক্তির অনিয়ন্ত্রিত প্রকাশ ঘটানো হয় এটম বোমার বিষ্ফোরণে এবং নিউক্লিয় পদার্থ বিজ্ঞানের ইতিহাসে যুক্ত হয় এক কাল অধ্যায়ের
কালক্রমে নিউক্লিয় পদার্থ বিজ্ঞানের জ্ঞান মৌলিক গবেষণার গন্ডি পেরিয়ে মানুষের প্রয়োজনে আসতে থাকে। তেজষ্ক্রিয় আইসোটোপের আবিষ্কার এবং কতকগুলি নিউক্লিয় পদ্ধতির উদ্ভাবন মানবজাতির প্রভূত কল্যানে এসেছে। বিজ্ঞানের বিভিন্ন অঙ্গনে, যেমন চিকিৎসা ক্ষেত্রে, কৃষি বিজ্ঞানে, খাদ্য সংরক্ষণে, শিল্পে, ভূ-তত্ত্ব বিদ্যায়, প্রত্নতত্ত্ব বিদ্যায়, এমনকি দুর্নীতি দমনের মত আপাতঃ অপ্রাসঙ্গিক বিভাগেও নিউক্লিয় পদার্থ বিজ্ঞানকে ব্যবহার করা হয়েছে।
বতর্মান পৃথিবীতে শক্তি চাহিদার এক বিরাট অংশ নিউক্লিয় (ফিশন) চুল্লীর দ্বারা মেটানো হয়। এজন্য প্রয়োজনীয় ইউরেনিয়াম ভবিষ্যতে বহুকাল ধরে আহরণ করা সম্ভব হবে। এছাড়া প্রজনন চুল্লী নামে এক ধরনের ফিশন চুল্লীর আবিষ্কার হয়েছে যাতে যত জ্বালানী খরচ হবে তার চেয়ে বেশী জ্বালানী উৎপন্ন হবে। এই চুল্লীর নিমার্ন এবং ব্যবহার প্রাথমিক পযার্য়ে রয়েছে। এটির উন্নয়ন ও কাযর্কারিতার উপর মানবজাতির শক্তি চাহিদার ভবিষ্যৎ নির্ভর করছে।
আমরা হয়তো লক্ষ্য করেছি, কোটি কোটি বছর ধরে সূয র্জ্বলছে। সধারণ তেল-কয়লা জাতীয় জ্বালানী হলে এতদিনে নিশ্চয় নিভে যেত। অনেক গবেষণার পর আবিষ্কৃত হয় সূর্যে এক আশ্চর্য ‘নিউক্লিয় বিক্রিয়ায়’ শক্তির সৃষ্টি হচ্ছে। এই বিক্রিয়া ফিশন প্রক্রিয়ার সম্পূর্ণ উল্টো। ফিশনে ভারী নিউক্লিয়াস ভেঙ্গে হালকা নিউক্লিয়াস তৈরী হয়; কিন্তু এখানে হালকা নিউক্লিয়াস একত্রে হয়ে ভারী নিউক্লিয়াস সৃষ্টি হয়। এভাবেই ফিউশন প্রক্রিয়া, তথা ‘তাপনিউক্লিয় বিক্রিয়া’ সম্পর্কে মানুষ জানতে পারলো। ফিশন ও ফিউশন এই দুই প্রক্রিয়া বিপরীতমুখী হলেও শক্তি সৃষ্টির মূল রহস্য কিন্তু একই জায়গায়। মানুষ সর্বপ্রথম ১৯৫১ সালে এই বিক্রিয়াকে অনিয়ন্ত্রিতভাবে সংঘটিত করতে পেরেছে হাইড্রোজেন বোমার বিষ্ফরণে। বতর্মানে ‘নিয়ন্ত্রিত ফিউশন বিক্রিয়ার’ মাধ্যমে শক্তি আহরণ করার ব্যাপক প্রচেষ্টা চলছে। যদি ‘ফিউশন চুল্লী’ তৈরী সম্ভব হয় তাহলে মানুষকে জ্বালানীর জন্য চিন্তা করতে হবে না। কারণ এই চুল্লীর জ্বালানী হবে ডিউটোরিয়াম বা ভারী হাইড্রোজেন, যা সমুদ্রের পানিতে অফুরন্ত ভাবে পাওয়া যাবে। তবে কতদিনে শক্তির এই অফুরন্ত উৎস কাযর্কারীভাবে মানুষের আয়ত্বে আসবে তা এখনো কেউ জানে না। তাই ভবিষ্যতের ‘ফিউশন চুল্লীর বাস্তবায়ন মানবজাতির জন্য এক বিরাট চ্যালেঞ্জ’ স্বরূপ। এর সাফল্যজনক ব্যবহারের লক্ষ্যে আমাদের কারিগরী দক্ষতাকে উচ্চতর বাঞ্চিত মানে পৌঁছাতে হবে- আর এর জন্য প্রয়োজন অব্যহত গতিতে অধিকতর পরীক্ষা- নিরীক্ষা।
নিউক্লিয়াসে নিউট্রন-প্রোটন পরমানুর ইলেকট্রনের মতই বিভিন্ন শক্তিস্তরে সজ্জিত থাকে। বতর্মানে নিউক্লিয়াসের ব্যাপক ধর্মাবলীকে, নিউক্লিয়নের ‘শেলের’ মধ্যে ঘোরা এবং শক্তিশালী নিউক্লিয় বলের দ্বারা একত্রে থাকা এই দুই ভিন্নমুখী ধারণার সমন্বয়ে ব্যাখ্যা করার চেষ্টা চলছে। তবে এখনও বহু কিছু উপরব্ধি করতে বাকী আছে। কারণ ঐ বলের ধর্মাবলী এখনও বিস্তারিত জানা যায়নি। তাছাড়া নিউক্লিয়াসের নিউক্লিয়নগুলি একে অন্যের সাথে যথেষ্ট পরিক্রিয়া করে সমস্যা বৃদ্ধি করেছে। এই দুই সমস্যার সাথে যে তত্ত্বীয় জটিলতা আছে তা অতিক্রম করা খুব কঠিন।
বড় দুইটি নিউক্লিয়াসের মধ্যে সংঘর্ষের মাধ্যমে নিউক্লিয় বিক্রিয়া (heavy ion collision) অতি উচ্চ শক্তিতে সংঘটিত হয় এবং নিউক্লিয় পদার্থ বিজ্ঞানের এই শাখাটিতে সম্প্রতি ব্যাপকভাবে গবেষণা চলছে। এই বিক্রিয়ার মাধ্যমে ‘সুপার হেভি’ মৌলিক পদার্থ আবিষ্কার হতে পারে বলে বৈজ্ঞানিকদের বিশ্বাস।
ইলেকট্রন, প্রোটন, নিউট্রন, নিউক্লিয়াস বলের বাহক মেসন, বিটাক্ষয়ে উৎপন্ন নিউট্রিনো ও আলোক কণা- ফোটন এবং এদের সবার প্রতিকণা নিয়ে মৌলিক কণার জগৎ মোটামুটিভাবে সাজানো ছিল। পঞ্চাশ দশকের শুরু হতে সম্পূর্ণ নতুন ধরণের বহু সংখ্যক মৌলিক কণা আবিষ্কৃত হতে থাকে। এই সব কণার ধর্ম ও বৈশিষ্ট্য বোঝার সাথে সাথে এদেরকে বিভিন্নভাবে সাজানো ও শ্রেণীবদ্ধ করার কাজে বিজ্ঞানীগন ব্যাপৃত থাকেন। ফলে এই কণা জগতের অনেক রহস্য উদ্ঘাটিত হয়েছে এবং আজও হচ্ছে। সব ধরনের মৌলিক কণার সংখ্যা বর্তমানে দু’শো ছাড়িয়ে গেছে। এখন কণাগুলির মৌলিকত্ব নিয়ে প্রশ্ন উঠেছে- জানা গেছে, প্রায় সবকটি কণা ‘কোয়ার্ক’ নামক আরও ছোট ও ‘মৌলিক’ কয়েকটি কণা দিয়ে তৈরী।
বিংশ শতাব্দীতে উদ্ভাবিত কোয়ান্টাম মিকানিক্স পদার্থ বিজ্ঞানের তত্ত্বীয় ভিত্তি স্থাপনে সাহায্য করেছে। কাছাকাছি সময়ে নিউক্লিয় ত্বরণ যন্ত্র ও কণা ডিটেক্টর আবিষ্কার পরীক্ষার ক্ষেত্রকে বিস্তৃত করেছে। দ্বিতীয় বিশ্বযুদ্ধের পর ক্রমন্বয়ে অনেক বেশী শক্তিশালী ও বহুমুখী ত্বরণযন্ত্র তৈরী হয়েছে এবং পাশাপাশি উন্নতমানের ডিটেক্টর ও কম্পিউটার প্রযুক্তির উদ্ভব হয়েছে। এগুলো নিউক্লিয় পদার্থ বিজ্ঞানের উন্নয়নকে ত্বরান্বিত করেছে এবং সেই সাথে মৌলিক কণা বিজ্ঞানের অজানা দ্বারোদ্ঘাটন করেছ। একইভাবে কোয়ান্টাম ইলেক্ট্রোডাইনামিক্স ও কোয়ান্টাম ক্রোমোডাইনামিক্স এর অভ্যূদয় তত্ত্বের জগতে বিপ্লব সাধন করেছ। বর্তমানে নিউক্লিয় পদার্থ বিজ্ঞান প্রধানতঃ দুইভাবে বিভক্ত: নিউক্লিয় বল ও গঠনের গবেষণায় নিয়জিত অংশের নাম ‘নিম্নশক্তি নিউক্লিয় পদার্থ বিজ্ঞান’ (low energy nuclear physics) এবং কণা পদার্থ বিজ্ঞান বিষয়ক অংশটির নাম ‘উচ্চ শক্তি নিউক্লিয় পদার্থ বিজ্ঞান’ (high energy nuclear physics)।
মৌলিক কণা বিজ্ঞানের অবিচ্ছেদ্য অংশ হচ্ছে প্রকৃতির মৌলিক চার বল- মহাকর্ষ, দুর্বল, বিদ্যুৎ চুম্বকীয় ও শক্তিশালী। গ্যালাক্সি, নক্ষত্র, পৃথিবী, অণু, পরমানু, নিউক্লিয়াস, মৌলিক কণা ইত্যাদি সর্বক্ষেত্রেই বিভিন্নভাবে যত শক্তিলীলা চলে তার সবগুলির পেছনে আছে এই চারটি বলের একক অথবা সম্মিলিত ভূমিকা। কণা জগতের তত্ত্বীয় ও পরীক্ষাসিদ্ধ গবেষণার সাথে সাথে বৈপ্লাবিকভাবে ঐ বলগুলির বৈশিষ্ট্য ও রহস্য উদ্ঘাটন সম্ভব হয়েছে। আপাতঃদৃষ্টে ভিন্ন প্রকৃতির মনে হলেও চারটি বলের মধ্যে নিগুঢ় সম্পর্ক ও সামঞ্জস্য লক্ষ্য করা গেছে। সামগ্রিকভাবে বা খন্ডিতভাবে বল চারটির একীভূত করার নিরবিচ্ছিন্ন প্রচেষ্টা চলছে। ১৯৬৭ সালে সবর্প্রথম মাকির্ন বিজ্ঞানী স্টিভেন ওয়াইনবার্গ ও পাকিস্তানি বিজ্ঞানী আব্দুস সালাম ‘গেজ তত্ত্বে’র মাধ্যমে দুবর্ল ও বিদ্যুৎচুম্বকীয় বলকে একীভূত করেন। পরবতীর্তে এই তত্ত্বের ভবিষ্যদ্বাণীর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ পরীক্ষালব্ধ ফল প্রাপ্তিতে ‘একীভূত প্রক্রিয়া’ বেশ খানিকটা এগিয়ে গেছে। বিজ্ঞানীগণ আশা করছেন ভবিষ্যতে চারটি বলকেই একীভূত করা সম্ভব হবে। সৃষ্টির পেছনে সুমহান শৃঙ্খলা এবং বিশাল সৌন্দর্যে আমাদের যে গভীর বিশ্বাস আছে তা সাথর্কতা পাবে ‘মহা একীভূতকরণের’ (grand unification) সেই ঈপ্সিত আবিষ্কারে।
আমি জর্জ অলড্রিন ঘোষ (তুষার)। বিশ্বের সর্ববৃহৎ বিজ্ঞান ও প্রযুক্তির সৌশল নেটওয়ার্ক - টেকটিউনস এ আমি 12 বছর 1 মাস যাবৎ যুক্ত আছি। টেকটিউনস আমি এ পর্যন্ত 25 টি টিউন ও 52 টি টিউমেন্ট করেছি। টেকটিউনসে আমার 0 ফলোয়ার আছে এবং আমি টেকটিউনসে 0 টিউনারকে ফলো করি।
ধন্যবাদ অনেককিছু জানা হল