মহাবিস্ফোরণের পর মহাবিশ্বে পদার্থ ও প্রতিপদার্থ যদি সমান পরিমাণে তৈরি হয়ে থাকে, তাহলে আজকের মহাবিশ্বে পদার্থের আধিক্য দেখা যাচ্ছে কেন? পদার্থবিদ্যার অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ অমীমাংসিত প্রশ্ন এটি। পদার্থ দিয়ে তৈরি নক্ষত্র, ছায়াপথ, গ্রহ এবং আমাদের পরিচিত জীবজগৎ—সবকিছুর অস্তিত্বের পেছনে রয়েছে এই অসমতার ভূমিকা। কারণ পদার্থ ও প্রতিপদার্থের কণা পরস্পরের সংস্পর্শে এলে তারা ধ্বংস হয়ে শক্তিতে রূপান্তরিত হতে পারে। প্রাথমিক মহাবিশ্বে দুই ধরনের কণা সমান পরিমাণে তৈরি হয়ে থাকলে, তাদের পারস্পরিক বিনাশের পর বিপুল পরিমাণ পদার্থ অবশিষ্ট থাকার কথা নয়। অথচ বাস্তব মহাবিশ্বে পদার্থই দৃশ্যমান জগতের প্রধান উপাদান। এই বৈপরীত্যের সম্পূর্ণ ব্যাখ্যা এখনও বিজ্ঞানীদের হাতে নেই।
এই সমস্যার সমাধান খুঁজতে বিজ্ঞানীরা বহু বছর ধরে অনুসন্ধান করছেন, কীভাবে মহাবিশ্বের প্রথম পর্যায়ে পদার্থ ও প্রতিপদার্থের মধ্যে সামান্য পার্থক্য তৈরি হয়েছিল। সেই পার্থক্য খুব ছোট হলেও তার পরিণতি ছিল সুদূরপ্রসারী। পদার্থের সামান্য আধিক্যই যদি প্রতিপদার্থের সঙ্গে পারস্পরিক বিনাশের পর টিকে থাকে, তাহলে পরবর্তী সময়ে সেই অবশিষ্ট পদার্থ থেকেই নক্ষত্র, ছায়াপথ এবং গ্রহ গড়ে ওঠার সুযোগ তৈরি হয়। কিন্তু এই অসমতা কীভাবে সৃষ্টি হয়েছিল, কোন মৌলিক কণা বা প্রক্রিয়া তার জন্য দায়ী ছিল এবং মহাবিশ্বের প্রথম দিকের পরিবেশ কীভাবে সেই প্রক্রিয়াকে প্রভাবিত করেছিল—এসব প্রশ্নের উত্তর এখনও খোঁজা হচ্ছে। নতুন একটি তাত্ত্বিক গবেষণায় বিজ্ঞানীরা এমনই এক সম্ভাব্য ব্যাখ্যা সামনে এনেছেন, যার কেন্দ্রে রয়েছে একটি অনুমাননির্ভর কণা—স্টেরাইল নিউট্রিনো (Sterile Neutrino)।
সাউদাম্পটন বিশ্ববিদ্যালয়ের ঋষভ রোশন এবং ইন্ডিয়ান ইনস্টিটিউট অব টেকনোলজি কানপুরের সুদীপ্ত শো এই গবেষণায় গাণিতিক হিসাব ও তাত্ত্বিক মডেল ব্যবহার করে দেখিয়েছেন, একটি ভারী স্টেরাইল নিউট্রিনো মহাবিশ্বের প্রথম যুগে পদার্থের আধিক্য তৈরির প্রক্রিয়ায় ভূমিকা নিতে পারে। তাঁদের প্রস্তাবিত মডেলে এই কণা দীর্ঘ সময় ধরে টিকে থেকে মহাবিশ্বের শক্তির ভারসাম্য ও প্রসারণের ইতিহাস সাময়িকভাবে বদলে দেয়। এর ফলে পদার্থ ও প্রতিপদার্থের অসমতা তৈরির জন্য প্রয়োজনীয় পরিস্থিতি সৃষ্টি হতে পারে। তবে গবেষণাটি কোনও অজানা কণার অস্তিত্ব সরাসরি প্রমাণ করেনি। এটি এমন একটি তাত্ত্বিক সম্ভাবনা তুলে ধরেছে, যার পরিণতি ভবিষ্যতের পর্যবেক্ষণ ও পরীক্ষার মাধ্যমে যাচাই করা প্রয়োজন।
নিউট্রিনোকে বোঝার জন্য প্রথমে পরিচিত মৌলিক কণাগুলির মধ্যে তার বিশেষ অবস্থান সম্পর্কে জানা দরকার। নিউট্রিনো বৈদ্যুতিক আধানহীন একটি মৌলিক কণা, যা পদার্থের সঙ্গে অত্যন্ত দুর্বলভাবে মিথস্ক্রিয়া করে। এই দুর্বল মিথস্ক্রিয়ার কারণে বিপুল সংখ্যক নিউট্রিনো কোনও বাধা ছাড়াই পদার্থের মধ্য দিয়ে চলে যেতে পারে। বিজ্ঞানীরা নিউট্রিনোর তিনটি পরিচিত ধরন শনাক্ত করেছেন। তবে তাদের ভর অত্যন্ত কম কেন, তা নিয়ে দীর্ঘদিন ধরে গবেষণা চলছে। নিউট্রিনোর ভর সম্পর্কে এই প্রশ্নটি শুধু একটি কণার বৈশিষ্ট্য বোঝার বিষয় নয়; এর সঙ্গে মৌলিক কণার ভর কীভাবে তৈরি হয়, সেই বৃহত্তর প্রশ্নও যুক্ত।
স্টেরাইল নিউট্রিনো হলো এমন একটি অনুমাননির্ভর কণা, যা পরিচিত মৌলিক কণার মতো দুর্বল নিউক্লীয় বলের মাধ্যমে সরাসরি মিথস্ক্রিয়া করে না। প্রচলিত ধারণা অনুযায়ী, এটি মূলত মহাকর্ষের মাধ্যমে অন্য কণার সঙ্গে প্রভাব বিনিময় করতে পারে। হিগস ক্ষেত্রের সঙ্গে এর সম্ভাব্য দুর্বল সংযোগও তাত্ত্বিক আলোচনার অংশ। এই বৈশিষ্ট্যের কারণে কণাটিকে শনাক্ত করা অত্যন্ত কঠিন। সাধারণ নিউট্রিনোর অস্তিত্ব পরীক্ষায় প্রতিষ্ঠিত হলেও স্টেরাইল নিউট্রিনোর অস্তিত্ব এখনও নিশ্চিত হয়নি। ফলে গবেষকেরা এই কণাকে বাস্তব বলে ধরে নিয়ে সিদ্ধান্তে পৌঁছননি; বরং এর সম্ভাব্য বৈশিষ্ট্য দিয়ে মহাবিশ্বের কয়েকটি অমীমাংসিত সমস্যার ব্যাখ্যা পাওয়া যায় কি না, তা পরীক্ষা করছেন।
এই আলোচনার সঙ্গে যুক্ত রয়েছে ‘সিস-স মেকানিজম’ (Seesaw Mechanism) নামে পরিচিত একটি তাত্ত্বিক ধারণা। এর সাহায্যে ব্যাখ্যা করার চেষ্টা করা হয়, সাধারণ নিউট্রিনোর ভর অন্য অনেক মৌলিক কণার তুলনায় এত কম কেন। এই ধারণার একটি রূপে ভারী নিউট্রিনো ও হালকা নিউট্রিনোর মধ্যে সম্পর্ক রয়েছে। ভারী কণার বৈশিষ্ট্যের সঙ্গে সম্পর্কিত একটি প্রক্রিয়ার মাধ্যমে হালকা নিউট্রিনোর ভর খুব কম হতে পারে। গবেষকদের মডেলে ভারী স্টেরাইল নিউট্রিনোর একাধিক ধরন বিবেচনা করা হয়েছে, যাদের বৈশিষ্ট্য এক নয়। তাঁদের আলোচনায় বিশেষ গুরুত্ব পেয়েছে এমন একটি কণা, যা অন্যগুলির তুলনায় অত্যন্ত দুর্বলভাবে সংযুক্ত থাকায় ধীরে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়। এই দীর্ঘ স্থায়িত্বই মহাবিশ্বের প্রাথমিক বিবর্তনে তার সম্ভাব্য প্রভাবের মূল কারণ।
মহাবিশ্বের প্রথম যুগে পদার্থ, প্রতিপদার্থ এবং বিকিরণের পারস্পরিক সম্পর্ক আজকের পরিবেশের মতো ছিল না। মহাবিশ্ব প্রসারিত হওয়ার সঙ্গে সঙ্গে তার তাপমাত্রা কমেছে এবং বিভিন্ন কণার মধ্যে মিথস্ক্রিয়ার ধরনও পরিবর্তিত হয়েছে। গবেষকদের মডেল অনুযায়ী, ভারী স্টেরাইল নিউট্রিনোটি দীর্ঘ সময় টিকে থাকায় এক পর্যায়ে মহাবিশ্বের মোট শক্তির ঘনত্বে তার অবদান প্রাধান্য বিস্তার করতে পারত। অর্থাৎ, মহাবিশ্বের বিবর্তনের সেই পর্যায়ে বিকিরণের তুলনায় পদার্থের মতো আচরণ করা উপাদানের প্রভাব বেড়ে যেতে পারত। কণাটি পরে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়ে গেলে পরিস্থিতি আবার বদলে যেত। এই সাময়িক পরিবর্তন মহাবিশ্বের তাপমাত্রা ও প্রসারণের গতিপথকে প্রভাবিত করতে পারত, যা পদার্থ ও প্রতিপদার্থের অসমতা তৈরির প্রক্রিয়ার জন্য গুরুত্বপূর্ণ।
এই মডেলের আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ দিক হলো হিগস ক্ষেত্রের সঙ্গে সম্পর্কিত প্রক্রিয়া। হিগস ক্ষেত্র মৌলিক কণার ভর সৃষ্টির সঙ্গে যুক্ত। গবেষকদের ব্যাখ্যায়, ভারী স্টেরাইল নিউট্রিনোর উপস্থিতি মহাবিশ্বের প্রথম দিকে ইলেকট্রনের মতো কণা এবং তাদের প্রতিকণার পারস্পরিক মিথস্ক্রিয়ার সময়কে প্রভাবিত করতে পারে। এর মাধ্যমে পদার্থ ও প্রতিপদার্থের মধ্যে অসমতা গড়ে ওঠার পরিস্থিতি বদলে যেতে পারে। এখানে বিষয়টি এমন নয় যে স্টেরাইল নিউট্রিনো সরাসরি পদার্থ তৈরি করে। বরং কণাটির দীর্ঘস্থায়িত্ব ও পরবর্তী ক্ষয়ের ফলে প্রাথমিক মহাবিশ্বের পরিবেশ এমনভাবে বদলাতে পারে, যাতে পদার্থের তুলনায় প্রতিপদার্থের ঘাটতি তৈরি হওয়ার প্রক্রিয়া কার্যকর হয়। এটি গবেষকদের মডেলের একটি তাত্ত্বিক ফল, সরাসরি পর্যবেক্ষণ করা ঘটনা নয়।
গবেষণায় ‘স্ফ্যালেরন’ (Sphaleron) নামের একটি প্রক্রিয়ার কথাও এসেছে। এটি কণাপদার্থবিদ্যার তাত্ত্বিক কাঠামোয় এমন একটি প্রক্রিয়া, যা উচ্চ তাপমাত্রায় নির্দিষ্ট ধরনের কণা-সংখ্যার অসমতা এক রূপ থেকে অন্য রূপে রূপান্তরিত করতে পারে। গবেষকদের প্রস্তাবিত ব্যাখ্যায়, লেপটন নামে পরিচিত কণাগোষ্ঠীর মধ্যে তৈরি হওয়া অসমতার একটি অংশ স্ফ্যালেরন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে কোয়ার্কের অসমতায় রূপান্তরিত হতে পারে। কোয়ার্ক হলো সেই মৌলিক কণা, যেগুলি প্রোটন ও নিউট্রনের মতো কণার গঠন তৈরি করে। ফলে প্রাথমিক মহাবিশ্বে এই ধরনের প্রক্রিয়া কার্যকর হয়ে থাকলে, পদার্থের আধিক্য পরবর্তী সময়ে সাধারণ পদার্থের কণাগুলির মধ্যে প্রতিফলিত হওয়ার একটি সম্ভাব্য পথ তৈরি হয়। তবে এই ব্যাখ্যা কতটা বাস্তব পরিস্থিতির সঙ্গে মেলে, তা নির্ভর করছে মডেলের অনুমান ও ভবিষ্যৎ পরীক্ষার ফলাফলের ওপর।
গবেষণাটির গুরুত্ব শুধু পদার্থের আধিক্যের ব্যাখ্যা প্রস্তাব করার মধ্যে সীমাবদ্ধ নয়। বিজ্ঞানীরা এমন কিছু সম্ভাব্য পর্যবেক্ষণযোগ্য ফলও চিহ্নিত করার চেষ্টা করছেন, যেগুলির সাহায্যে মডেলটি যাচাই করা যেতে পারে। গবেষকদের মতে, ভারী স্টেরাইল নিউট্রিনোর কারণে প্রাথমিক মহাবিশ্বের প্রসারণের ইতিহাসে পরিবর্তন ঘটে থাকলে তার চিহ্ন আদিম মহাকর্ষীয় তরঙ্গের মধ্যে থেকে যেতে পারে। মহাকর্ষীয় তরঙ্গ হলো স্থান-কালের কাঠামোয় সৃষ্ট ঢেউ, যা মহাবিশ্বের বিভিন্ন শক্তিশালী ঘটনার তথ্য বহন করতে পারে। প্রাথমিক মহাবিশ্বের পরিবেশে পরিবর্তন ঘটলে সেই ঢেউগুলির বৈশিষ্ট্যেও তার প্রভাব পড়ার সম্ভাবনা রয়েছে। ভবিষ্যতের পর্যবেক্ষণাগারগুলি যদি এমন কোনও স্বতন্ত্র সংকেত শনাক্ত করতে পারে, তাহলে এই ধরনের তাত্ত্বিক মডেল যাচাইয়ের নতুন পথ খুলতে পারে।
এই কাজে সম্ভাব্য ভূমিকা নিতে পারে ইউরোপীয় মহাকাশ সংস্থার LISA মিশন। পরিকল্পিত এই মহাকাশভিত্তিক পর্যবেক্ষণব্যবস্থায় তিনটি মহাকাশযান লেজার ব্যবহার করে একে অপরের দূরত্বের অত্যন্ত সূক্ষ্ম পরিবর্তন পরিমাপ করবে। মহাকাশযানগুলির মধ্যে দূরত্ব হবে প্রায় ২৫ লক্ষ কিলোমিটার। এই ব্যবস্থার উদ্দেশ্য মহাকর্ষীয় তরঙ্গের এমন সংকেত শনাক্ত করা, যা স্থলভিত্তিক পর্যবেক্ষণ দিয়ে সহজে ধরা যায় না। তবে LISA-র মাধ্যমে এই নির্দিষ্ট স্টেরাইল নিউট্রিনোর প্রভাব শনাক্ত করা সম্ভব হবে কি না, তা এখনও নিশ্চিত নয়। প্রস্তাবিত সংকেতের বৈশিষ্ট্য, পর্যবেক্ষণব্যবস্থার সংবেদনশীলতা এবং অন্য সম্ভাব্য উৎস থেকে আসা সংকেতকে আলাদা করার ক্ষমতা—সবই গুরুত্বপূর্ণ হবে।
এই গবেষণার একটি শক্তিশালী দিক হলো, এটি পরীক্ষাযোগ্য হওয়ার সম্ভাবনা রাখে। গবেষকেরা তাঁদের মডেলের মাধ্যমে নিউট্রিনোর সবচেয়ে হালকা ধরনের ভরের জন্যও একটি নির্দিষ্ট পরিসর নির্ণয়ের চেষ্টা করেছেন। ভবিষ্যতের কণাপদার্থবিদ্যার পরীক্ষা থেকে যদি এই ভর সম্পর্কে আরও নির্ভুল তথ্য পাওয়া যায়, তাহলে মডেলটির পূর্বাভাসের সঙ্গে তা তুলনা করা সম্ভব হবে। একইভাবে, আদিম মহাকর্ষীয় তরঙ্গের পর্যবেক্ষণে যদি প্রস্তাবিত পরিবর্তনের সঙ্গে সামঞ্জস্যপূর্ণ সংকেত পাওয়া যায়, সেটিও তত্ত্বটির পক্ষে প্রমাণ হিসেবে বিবেচিত হতে পারে। বিপরীতে, পর্যবেক্ষণের ফল মডেলের পূর্বাভাসের সঙ্গে না মিললে এই ব্যাখ্যাকে সংশোধন করতে হবে অথবা বিকল্প তত্ত্ব বিবেচনা করতে হবে। এভাবেই একটি তাত্ত্বিক ধারণা পরীক্ষাযোগ্য বৈজ্ঞানিক প্রশ্নে পরিণত হয়।
তবে পদার্থের আধিক্যের রহস্য সমাধান হয়ে গিয়েছে, এমন সিদ্ধান্তে পৌঁছনোর সময় এখনও আসেনি। স্টেরাইল নিউট্রিনো এখনও অনুমাননির্ভর, আর গবেষণাটি গাণিতিক মডেল ও হিসাবের ওপর নির্ভরশীল। প্রাথমিক মহাবিশ্বে পদার্থ ও প্রতিপদার্থের অসমতা ঠিক কোন প্রক্রিয়ায় তৈরি হয়েছিল, তা জানতে আরও পর্যবেক্ষণ, পরীক্ষামূলক তথ্য এবং তাত্ত্বিক বিশ্লেষণ প্রয়োজন। এই গবেষণা সেই দীর্ঘ অনুসন্ধানে একটি নতুন সম্ভাব্য পথ দেখাচ্ছে। ভবিষ্যতে নিউট্রিনোর ভর সম্পর্কে উন্নত পরিমাপ এবং মহাকর্ষীয় তরঙ্গের সূক্ষ্ম পর্যবেক্ষণ যদি এই ধারণাকে সমর্থন করে, তাহলে মহাবিশ্বের প্রথম যুগ সম্পর্কে আমাদের বোঝাপড়া আরও গভীর হবে। আর যদি তা না হয়, তবুও সেই ফল বিজ্ঞানীদের জানাবে, পদার্থের অস্তিত্বের ব্যাখ্যা খুঁজতে কোন পথগুলি আর এগিয়ে নিয়ে যাওয়া উচিত নয়।
(সূত্র: University of Southampton, Physical Review Letters, ২০২৬; ScienceAlert, ২৭ অক্টোবর ২০২৬)
