<%image(1/20041024-phys_laurates04.jpg|410|182|டேவிட் க்ரோஸ், டேவிட் பொலிட்ஸெர், ஃப்ராங் வில்செக் - நோபல் இயற்பியல் 2004)%>

இந்த வருடத்திற்கான நோபல் பரிசு கலிபோர்னியா பல்கலைக்கழகம் – சான்டா பார்பராவைச் சேர்ந்த டேவிட் க்ரோஸ் (David Gross, University of California, Santa Barbara), கால்டெக்கைச் சேர்ந்த டேவிட் பொலிட்ஸெர் (David Politzer, California Institute of Technology), மற்றும் மாஸாசூஸெட்ஸ் தொழில்நுட்பக் கழகத்தைச் சேர்ந்த ·ப்ராங் வில்செக் (Frank Wilczek, Massachusetts Institute of Technology) ஆகிய மூவருக்கும் பகிர்ந்தளிக்கப்படுகிறது. இவர்களுக்கான விருது வழங்கும் அறிவிப்பில் “வல் இடைவினைகளிலிருக்கும் அருகும் சுதந்திரத்தைக் கண்டுபிடித்ததற்காக” இந்த நோபெல் பரிசு வழங்கப்படுவதாக தெரிவிக்கப்பட்டது (“for the discovery of asymptotic freedom in the theory of the strong interaction”).

இது என்ன கலாட்டா? என்ன வல் இடைவினை, அது என்ன அருகும் சுதந்திரம்; கொஞ்சம் புரிந்து கொள்ள முயற்சிக்கலாம்.

நாலுவகை குணமிருக்கும்

அண்டம் (பேரண்டம் உட்படத்தான்) முழுவதும் இருக்கும் பொருண்மைகளின் இடையேயான ஊடுவிசைகளை நால்வகை அடிப்படை இடைவினைகளாக இயற்பியலாளர்கள் கண்டறிந்துள்ளார்கள்.

1. ஈர்ப்பு இடைவினை (Gravitational Interaction)
2. மின்காந்த இடைவினை (Electromagnetic Interaction)
3. வல் இடைவினை (Strong Interaction)
4. மென் இடைவினை (Weak Interaction)

(இந்த நான்கில் முதலிரண்டைப் இரண்டைப்பற்றிய அருமையான விளக்கத்தை அருள்செல்வனின் வலைப்பதிவில் காணலாம்).

ஈர்ப்பு இடைவினை

ஈர்ப்பு விசையைப் பற்றி சராசரி வாசகர்களுக்கு ஓரளவிற்கு நன்றாகவே தெரியும். முருகப் பெருமான் மரத்தின் மேலிருந்து பறித்துப் போட்ட பழம் ஔவைப் பாட்டியின் கைகளில் விழ புவியீர்ப்பு விசைதான் காரணம். மேலே வீசியெறியப்பட்ட கல் பூமியை நோக்கித் திரும்ப வர (புவி) ஈர்ப்புவிசையே காரணம். உண்மை என்னவென்றால், எப்படி மேலெறியப்பட்ட கல்லைத் தன்னை நோக்கி பூமி ஈர்க்கிறதோ அதே போல் கல்லும் பூமியை ஈர்க்கிறது. ஆனால், அளவில் பெரிதான பூமியின் பொருண்மை (mass) காரணமாக அதன் அசைவு உணரமுடியாத அளவிற்குச் சிறியதாக இருக்கிறது. எனவே இதை ஈர்ப்பு விசை என்று ஒருமுகமாகச் சொல்வதற்குப் பதிலாக இடைவினை (இரண்டுக்கும் இடையேயான வினை) என்று பெயரிட்டு அழைப்பதுதான் இயற்பியல் ரீதியாகச் சரியானது.

மின்காந்த இடைவினை

ஈர்ப்பு இடைவினையைப் போலவே மின்காந்த இடைவினையும் ஓரளவுக்குப் பரிச்சயமானதுதான். அணுவின் மையத்திலிருக்கும் புரோட்டான்களும் அணுக்கருவைச் சுற்றிவரும் எலக்ட்ரான்களும் ஒன்றையன்று ஈர்த்துக் கொள்கின்றன என்பதை நாம் அறிவோம். இந்த மின்காந்த விசையே நாம் உய்த்துணரும் காந்த விசை, உராய்வு விசை போன்றவற்றுக்கு அடிப்படையானது. எலெக்ட்ரான் – புரோட்டான் இடையேயான மின்காந்த இடைவினை அவற்றுக்கு இடையேயான ஈர்ப்பு வினையைக் காட்டிலும் மிகவும் அதிகம் (எவ்வளவு அதிகம் என்று கேட்கிறீர்களா? 10^41 மடங்கு போதுமா).

அதிசயிக்கத்தக்க வகையில் இந்த முதலிரண்டு இடைவினைகளும்  இருவேறு அளவுள்ள உலகுகளில் ஆட்சி செலுத்துகின்றன. உதாரணமாக ஈர்ப்பு இடைவினை கோள்களின் இயக்கம், பிரபஞ்சத்தில் விண்மீன்களின் இருப்பிடம், அண்டங்களின் இயக்கம் இவற்றை விவரிக்க இயற்பியலாளர்களால் பெரிதும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டைனின் பொதுமைச் சார்நிலைக் கோட்பாடு (General Theory of Relativity) ஈர்ப்பு விசையைப் பற்றிய கணிதரீதியான சட்டகத்தை நமக்குத் தருகிறது. இதன் அடிப்படையாலான கணக்கீடுகளே பிரபஞ்சம் பற்றிய நமது இன்றைய புரிதல்களுக்குக் காரணம்.

மறுபுறத்தில் அணுக்களின் உலகில் (இதனை அறிஞர்கள் நுண்பிரபஞ்சம் (Microcosmos) என்று அழைக்கிறார்கள்) மின்காந்த இடைவினையின் தாக்கம் பெரிதும் உணரப்படுகிறது. (இப்படிச் சொல்வதால் நுண்பிரபஞ்சத்தில் ஈர்ப்பு விசை கிடையாது என்று கிடையாது, ஈர்ப்பு விசையை விட மின்காந்த விசையின் தாக்கம் அதிகம்).  இந்த விசையைப் பற்றிய கணிதச் சட்டகம், ரிச்சர்ட் ·பெய்ன்மான், ஜீலியன் ஷ்விங்கர், சின்-இத்திரோ டொமொநகா இவர்கள் உருவாக்கிய குவாண்டம் மின்காந்த இயக்கவியல் (Quantum Electrodynamics, QED) மூலம் நமக்குக் கிடைக்கிறது. இன்றைக்கு நாம் பயன்படுத்தும் கணினி, லேசர், இணையம் இவை எல்லாவற்றுக்கான அடிப்படை கண்டுபிடிப்புகளுக்கும் குவாண்டம் இயக்கவியல் பற்றிய நமது அறிவுதான் காரணம்.

ஈர்ப்பு மற்றும் மின்காந்த விசைகளுக்கு இடையில் பல ஒற்றுமைகள் இருக்கின்றன. இரண்டு இடைவினைகளுமே தொலைவின் தலைகீழ் இருமடி வீதத்தில் மாறுகின்றன. இரண்டும் மிகத்தொலைவிலும் செயல்படக் கூடியவை. இரண்டு வினைகளுமே இடைத்தரகர்களால் நிகழ்த்தப்படுகின்றன. ஒளியன் (Photon) மின்காந்த விசைக்கும், ஈர்ப்பன் (Graviton) ஈர்ப்பு விசைக்கும் தரகர்களாக இருந்து தொடர்புள்ள இரு பொருண்மைகளிடையே செயல்படுகின்றன. ஈர்ப்பன் என்ற துகளை இன்னும் சோதனைகள் மூலம் கண்டறிய முடியவில்லை. ஆனால் ஐன்ஸ்டைனின் கோட்பாடுகளின் அடிப்படையில் அதன் பண்புகள் பெரிதும் ஒளியனை ஒத்ததாக இருக்கும் என்று அறியப்படுகிறது.  இரண்டுக்குமே மின்னேற்றம் கிடையாது.

<%image(1/20041024-4interactions.jpg|500|491|நால்வகை இடைவினைகள்)%>

மெல் இடைவினை

நம் கதாநாயகனான வல் இடைவினையைப் பார்ப்பதற்கு முன்னால் நான்காவதான மெல் இடைவினையைத் தெரிந்து கொள்ளலாம். அணுக்கருவில் மாத்திரமே செயல்படும் இந்த இடைவினைதான் கதிரியக்கத்திற்குக் (Radioactivity) காரணம். அணுக்கருவினுள்ளே நேர் மின்னேற்றமுள்ள புரோட்டான்களும் மின்னேற்றமற்ற நியூட்ரான்களும் இருப்பதை நாம் அறிவோம். புரோட்டான்களையும் நியூட்ரான்களையும் அடிப்படைத் துகள்களாக நாம் அறிந்திருந்தாலும் இவை குவார்க் (Quark) என்னும் துகளால் கட்டப்பட்டவை என்பது 1960களில் தெரிய வந்தது. இந்தக் குவார்க்கள் மிக விசேடமானவை, இவற்றைத் தனியாகப் பார்க்க முடியாது, இரண்டு அல்லது மூன்று குவார்க்களின் தொகுப்பைத்தான் நாம் புரோட்டானாகக் காணமுடிகிறது.
இப்படி அணுக்கருவின் அடிப்படைத் துகள்களான குவார்க்கள், கருவைச் சுழலும் எலெக்ட்ரான்கள் இவற்றுக்கு இடையேயானதே மெல் இடைவினை. இது மிகக் குறுகிய தூரமே செயல்படும். எப்படி ஈர்ப்பன், ஒளியன் இரண்டும் முதலிரண்டு இடைவினையின் தரகர்களாக இருக்கின்றனவோ அதேபோல் மெல் இடைவினைக்கும் தரகர்கள் உண்டு (W+, W-, Z0 துகள்கள்). இவை மிகவும் கனமாவை (அணுக்கரு உலகில் என்பதை மனதில் கொள்ளவும்), புரோட்டான்களைப் போல நூறு மடங்கு பொருண்மையுள்ளவை. எனவேதான் இவைகளால் இடைவினையை அதிகதூரம் கொண்டு  செல்ல முடிவதில்லை. மாறாக ஒளியனும் ஈர்ப்பனும் எடையற்றவை. எனவே இவைகளால் கடத்தப்படும் வினைகள் தொலைதூரத்திலும் செயல்படுகின்றன.  மெல் இடைவினைக்கான கணிதக் கோட்பாடு 1970களில் ஜெரார்டஸ் டி ஹ்·ப்ட், மார்ட்டினஸ் வெல்ட்மன் இருவராலும் உருவாக்கப்பட்டது.

வல் இடைவினை

அணுக்கரு உலகில் குவார்க்களின் இருப்பு 1960களிலேயே அறியப்பட்டது. என்றாலும் தனித்த குவார்க் ஒன்றை சோதனை ரீதியாக இதுவரைக் கண்டறிய முடியவில்லை. முன்னர் சொன்னதுபோல் குவார்க்களின் தொகுப்பைத்தான் நியூட்ரான் மற்றும் புரோட்டானாக அறிகிறோம். புரோட்டானின் மின்னேற்றம் +1, எலெக்ட்ரானின் மின்னேற்றம் -1, நியூட்ரான் மின்னேற்றமற்றது என்பதை நாம் அறிவோம். குவார்க்களின் மின்னேற்றம் -1/3 அல்லது +2/3 ஆக இருக்கும். (இரண்டு +2/3 ஒரு -1/3 குவார்க்கள் இணைய 2/3+2/3-1/3 = +1 அதாவது ஒரு புரோட்டான் கிடைக்கும். இரண்டு -1/3 ஒரு +2/3 குவார்க்கள் இணைய மின்னேற்றமற்ற நியூட்ரான் உருவாகும்).

இந்தக் குவார்களுக்கு மின்னேற்றம் தவிர வேறொரு பண்பும் உண்டு அதை நிறப்பண்பு (color) என்று சொல்வார்கள். எனவே ஒவ்வொரு குவார்க்கையும் விவரிக்க அதன் (மின்னேற்றம், நிறம்) இரண்டையும் குறிப்பிட வேண்டும். -1/3 மின்னேற்றமுள்ள பச்சைக் குவார்க் என்றெல்லாம் துகள் இயற்பியலாளர்கள் (Particle Physicist) பேசிக்கொள்வார்கள்.

எதிரிகள் ஜாக்கிரதை

இன்னும் கொஞ்சம் சுவாரசியமான விஷயம், துகள்கள் உலகில் எதிரிகள் உண்டு. எலெக்ட்ரானுக்கு எதிராக பாஸிட்ரான் (Positron) என்னும் துகள் உண்டு (கவனிக்கவும் இது புரோட்டான் கிடையாது; இதன் பொருண்மை எலெக்ட்ரானுக்குச் சமமாக இருக்கும், ஆனால் மின்னேற்றம் +1. புரோட்டான் எலெக்ட்ரானைவிட (பாசிட்ரானைவிடவும்தான்) பொருண்மை அதிகமானது). இதேபோல எதிர்குவார்க்கள் (Antiquarks) உண்டு, நாம் முன்னே சொன்ன (-1/3,பச்சை)யின் எதிர்துகள் (+1/3,எதிர்ப்பச்சை). இன்னும்  துகள்காரர்கள் எதிர்நீலம் எதிர்சிவப்பு எல்லாம் உண்டு.

நாம் ஏற்கனவே ஒளியன், ஈர்ப்பன், W+, W-, Z0 என்றெல்லாம் இடைத்தரகர்கள் இருப்பதைப் பார்த்தோம். இந்த குவார்க்கள் உலகிலும் அதேபோல் உண்டு; இவைகளுக்குப் பசையன்கள் (Gluons) என்று பெயர். மற்ற தரகர்களுக்கு எல்லாம் எடை, மின்னேற்றம் பற்றித்தான் பேச்சு (ஒளியனுக்கு, ஈர்ப்பனுக்கும் எடை கிடையாது, மெல் இடைவினைக்காரர்கள் கொஞ்சம் கனமான ஆசாமிகள்). இந்தப் பசையன்களுக்கு எடை, மின்னேற்றம் இவற்றின்கூடவே நிறமும் உண்டு. எனவேதான் பசையன்கள், குவார்க்களைப் பற்றிய சமாச்சாரங்கள் இன்னும் சிக்கலாக இருக்கின்றன.

அருகும் சுதந்திரம்

இப்படி மின்னேற்றம், எடை, நிறம் போன்ற சிக்கல்கள் அதிகமான வல்வினையப் பற்றிப் புரிந்த்கொள்ளவே முடியாது என்று கிட்டத்தட்ட பலரும் கையை விரித்து விட்டார்கள். இந்த நிலையில்தான் 1970ஆம் ஆண்டு க்ரோஸ், பொலிட்ஸர், வில்செக் மூவரும் ஒரு இந்த அருகும் சுதந்திரம் (Asymptotic Freedom) என்ற கோட்பாட்டை வெளியிட்டார்கள்.

இவர்கள் கண்டுபிடிப்பின்படி தரகர்களான பசையன்கள் குவார்க்களின்மீது ஆதிக்கம் செலுத்துவது மாத்திரமில்லாமல் தங்களுக்குக்கிடையேயும் வினைபுரிவதாகத் தெரியவந்தது. இதன் அடிப்படையில் குவார்க்கள் நெருங்க நெருங்க அவற்றின் நிற மாற்றமும், இடைவினையும் குறையத் தொடங்கும். திறன் அதிகரிக்கும்பொழுதுதான் குவார்க்கள் நெருங்கும். எனவே, விசை அதிகமாகி நெருங்கினால் அவற்றின் இடைவினை மிகவும் குறையும். இதைத்தான் அருகும் சுதந்திரம் என்று சொல்கிறார்கள்.

மாறாக குவார்க்களைப் பிரிக்க முயன்றால் அவற்றுக்கு இடையேயான வினை அதிகமாக இருக்கும். (பசையன்கள் என்ற பெயர்க் காரணம் புரிந்திருக்குமே). எனவேதான் தனியாக குவார்க்கைப் பிரிக்கும் முயற்சிகளில் நமக்கு வெற்றி கிடைப்பதில்லை. குவார்க்களப் பற்றிய கணிதச் சட்டகத்திற்கு குவாண்டம் நிறஇயக்கவியல் (Quantum Choromodynamics, QCD) என்று பெயர். (குவார்க்களின் நிறப்பண்பின் அடிப்படையில் வருகிறது). இதன் மூலம் வல் இடைவினைபற்றிய கணக்கீடுகள் நமக்குச் சாத்தியமாகின்றன.

இந்த அருகும் சுதந்திரம் பற்றிய கோட்பாடுகளுக்குத்தான் இந்த வருடத்தின் நோபல் பரிசு கிடைத்திருக்கிறது.

எல்லாம் தெரிந்துவிட்டதா?

பொதுமைச் சார்நிலைக்கு ஐன்ஸ்டைன், குவாண்டம் மின்னியக்கவியலுக்கு ·பெய்ன்மான் குழுவினர், மெல் இடைவினைக்கு டி ஹ்·ப்ட்-வெல்ட்மன், இப்பொழுது வல் இடைவினைக்கு க்ரோஸ் குழுவினர் என்று நோபல் பரிசுகளைக் கொடுத்தாகிவிட்டது. இடையில் இரண்டு புரோட்டான்களின் இடைவினை குறித்து ஹிடேகி யுகாவா, இன்னும் சில தொடர்புள்ள நோபல் பரிசுகளும் வழங்கப்பட்டிருக்கின்றன. கடைசியாக வல் இடைவினையும் பரிசு பெற்று அங்கீகாரம் பெற்றுவிட்டது.

எனவே நால்வகை இடைவினைகளையும் நாம் நன்றாகத் தெரிந்துகொண்டு விட்டோமா? உலகம் அவ்வளவுதானா? இந்தக் கேள்விக்கு விடை மிகவும் எளிமையானது – இல்லை; இன்னும் போகவேண்டிய தூரம் நிறைய இருக்கிறது. நால்வகை இடைவினைகளில் ஈர்ப்பு தவிர்த்த மற்ற மூன்றும் அணு உலகில் மாத்திரமே சம்பந்தப்பட்டவை. இவை மூன்றையும் இணைப்பதற்குப் நிலை மாதிரியமைப்பு (Standard Model) என்று பெயர். இவை மூன்றையும் புதிரின் துண்டுகளாகப் பொருத்தும் பொழுது சில சிக்கல்கள் வருகின்றன. உதாரணமாக மூன்றின் விசைத் தொடுப்புகளையும் இணைக்க ஒரு கோர்வை மாறிலி (Coupling Constant) தேவைப்படுகிறது. இப்படிப்பட்ட ஒன்றை இன்னும் சரியாகக் கண்டுபிடிக்க முடியவில்லை.

வேறு வார்த்தைகளில் சொன்னால் புதிரின் மூன்று துண்டுகளும் சரியாகப் பொருந்தவில்லை, சில இடங்களில் ஒன்றின்மேல் ஒன்று வருகிறது வேறு சில இடங்களில் இணைப்பில் ஓட்டை இருக்கிறது.

மறுபுறத்தில், ஈர்ப்பு விசை பேரண்டங்களைக்கூடக் கட்டிப்போடுகிறது. ஆனால் இதன் தரகரான ஈர்ப்பன் இன்னும் சோதனை ரீதியாக நம் கண்ணில் படவில்லை. இப்படிப் பல சிக்கல்கள் இருக்கின்றன. உலகின் பல முன்னணி பல்கலைக்கழகங்களில் அற்புதமான பல மூளைகள் இந்த இடியாப்பச் சிக்கலைப் பிரிக்க முயற்சி செய்துகொண்டிருக்கின்றன (ஆம், ஒரு நாளில் உருவாகவிருக்கும் இந்த மாபெரும் இணைப்புக் கோட்பாடு சரடுகளின் (String Theory) அடிப்படையிலிருக்கும் என்று சொல்கிறார்கள்).

எனக்கென்னவோ பிரபஞ்சமே நமக்கு அருகும் சுதந்திரத்தைத் தந்திருப்பதாகத் தோன்றுகிறது. அருகில் செல்லச் செல்ல கேள்விகள் அதிகரித்துக் கொண்டுதான் செல்லும். ஆனால் மானுடத்தின் அற்புதமே அயராது பேருண்மையை நெருங்க முயல்வதில்தான் இருக்கிறது.

கொசுறுச் செய்திகள்:

1. இந்த நோபல் பரிசு கண்டுபிடிப்பை நிகழ்த்தும் பொழுது மூவருக்குமே முப்பது வயதுக்குள்தான். இதில் க்ரோஸ் தவிர்த்த இருவரும் மாணவர்களாக இருந்தார்கள்
2. டேவிட் பொலிட்ஸெர், Fat Man and Little Boy என்ற ஹாலிவுட் திரைப்படத்தில் நடித்திருக்கிறார்