ক্যালসিয়াম আইসোটোপ রূপান্তরে পঞ্চম বলের সম্ভাব্য ইঙ্গিত পর্যবেক্ষণ

পদার্থবিজ্ঞানীরা ক্যালসিয়াম আইসোটোপগুলির পারমাণবিক রূপান্তর বিশ্লেষণ করে প্রকৃতির চারটি মৌলিক মিথস্ক্রিয়ার বাইরে একটি সম্ভাব্য পঞ্চম বলের অস্তিত্বের দিকে ইঙ্গিতকারী পর্যবেক্ষণ করেছেন। এই গবেষণাটি স্ট্যান্ডার্ড মডেলের অসম্পূর্ণতা, বিশেষত কৃষ্ণবস্তু ব্যাখ্যা করতে ব্যর্থতার প্রেক্ষাপটে নতুন পদার্থবিদ্যার অনুসন্ধানের অংশ। আন্তর্জাতিক সহযোগিতার মাধ্যমে পরিচালিত এই কাজটি ২০২৫ সালে ফিজিক্যাল রিভিউ লেটার্স জার্নালে প্রকাশিত হয়েছিল।

গবেষণাটি ক্যালসিয়াম আইসোটোপগুলির (Ca-40, Ca-42, Ca-44, Ca-46, এবং Ca-48) পারমাণবিক রূপান্তরগুলির উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে, যেখানে শক্তি শোষণের পর ইলেকট্রন উচ্চতর কক্ষপথে স্থানান্তরিত হয়ে শক্তি নির্গত করে প্রাথমিক অবস্থায় ফিরে আসে। এই রূপান্তরগুলির প্রকৃতি নিউক্লিয়াসের কাঠামোর উপর নির্ভরশীল, বিশেষত নিউট্রন সংখ্যার উপর। স্ট্যান্ডার্ড মডেল ভবিষ্যদ্বাণী করে যে এই পাঁচটি ক্যালসিয়াম আইসোটোপ জুড়ে, যেখানে নিউট্রন সংখ্যা ২০ থেকে ২৮ এর মধ্যে পরিবর্তিত হয়, রূপান্তর স্থানচ্যুতি একটি "কিং প্লট" নামক ডায়াগ্রামে প্লট করা হলে একটি রৈখিক সম্পর্ক অনুসরণ করবে।

কোয়ান্টামফ্রন্টিয়ার্স গবেষকদের আন্তর্জাতিক সহযোগিতার ফলস্বরূপ, বিজ্ঞানীরা এই পাঁচটি আইসোটোপ জুড়ে তাদের পরিমাপ করে এই ভবিষ্যদ্বাণীর রৈখিক সম্পর্ক থেকে সামান্য অ-রৈখিক বিচ্যুতি লক্ষ্য করেছেন। এই বিচ্যুতিটি গণনায় এখনও পর্যন্ত বিবেচনা করা হয়নি এমন পরিচিত প্রভাবগুলির কারণে হতে পারে, তবে পদার্থবিজ্ঞানীরা এটিকে ইলেকট্রন এবং নিউট্রনের মধ্যে ক্রিয়াশীল একটি দুর্বল অতিরিক্ত বলের অস্তিত্বের প্রথম ইঙ্গিত হিসাবে দেখছেন। এই অনুমানমূলক বলটি একটি বোসন দ্বারা মধ্যস্থতা করা হবে, যাকে ইউকাওয়া কণা হিসাবে মনোনীত করা হয়েছে।

এই গবেষণায়, $\text{Ca}^{14+}$ এর রূপান্তরগুলির আইসোটোপ শিফট স্পেকট্রোস্কোপি ব্যবহার করে একটি কাল্পনিক পঞ্চম বলের শক্তির উপর এখন পর্যন্ত সবচেয়ে নির্ভুল ঊর্ধ্বসীমা নির্ধারণ করা হয়েছে। এই পরিমাপগুলি $\text{Ca}^{14+}$ এবং $\text{Ca}^{+}$ এ দুটি নির্দিষ্ট রূপান্তরের আইসোটোপ শিফট (IS) সাব-হার্জ নির্ভুলতার সাথে পরিমাপ করে এবং পাঁচটি স্থিতিশীল, জোড় ক্যালসিয়াম আইসোটোপের ($\text{}^{40,42,44,46,48}\text{Ca}$) জন্য নিউক্লিয়ার ভর অনুপাত $4\times10^{-11}$ এর নিচে আপেক্ষিক অনিশ্চয়তা সহ পরিমাপ করা হয়েছিল। এই সম্মিলিত পরিমাপগুলি ক্যালসিয়ামের কিং প্লটে একটি নন-লিনিয়ারিটি প্রদান করে যা $\sim 10^3\sigma$ তাৎপর্যপূর্ণ।

২০২৫ সালের এই গবেষণার ফলাফলগুলি মধ্যস্থতাকারী কণার তীব্রতা এবং সম্ভাব্য ভরের উপর এ যাবৎকালের সবচেয়ে কঠোর সীমাবদ্ধতা প্রতিষ্ঠা করেছে, যেখানে ভরের অনুমান প্রায় ১০ থেকে ১০ মিলিয়ন ইলেকট্রন ভোল্ট ($\text{eV/c}^2$) এর মধ্যে রয়েছে। এই গবেষণার মাধ্যমে, গবেষকরা একটি কাল্পনিক ইউকাওয়া মিথস্ক্রিয়ার উপর বিদ্যমান সীমাবদ্ধতাগুলিকে উন্নত করেছেন, যা বেশিরভাগ নতুন বোসন ভরের জন্য $10\ \text{eV/c}^2$ এবং $10^7\ \text{eV/c}^2$ এর মধ্যে রয়েছে। বর্তমানে, জার্মানি, সুইজারল্যান্ড এবং অস্ট্রেলিয়ার গবেষকদের সমন্বয়ে গঠিত আন্তর্জাতিক দলটি ক্যালসিয়াম আইসোটোপগুলির উপর তৃতীয় একটি শক্তি রূপান্তর পরিমাপ করে কিং প্লটের একটি ত্রিমাত্রিক সংস্করণ তৈরি করার চেষ্টা করছে, যার উদ্দেশ্য হলো নতুন পদার্থবিজ্ঞানের এই লক্ষণগুলি নিশ্চিত বা বাতিল করা।