David Gross

हर परमाणु के केंद्र में, एक अदृश्य, विशाल शक्ति लगातार अपने आप से युद्ध करती है। प्रोटॉन, धनात्मक आवेश वाले और स्वाभाविक रूप से प्रतिकर्षक, परमाणु नाभिक में कसकर बंधे होते हैं, एक ऐसी शक्ति से बंधे होते हैं जो इतनी विशाल है कि यह विद्युत चुम्बकत्व को सौ गुना बौना कर देती है। यह प्रबल नाभिकीय बल है, एक मौलिक अंतःक्रिया जो पदार्थ की स्थिरता और, विस्तार से, हमारे ब्रह्मांड को निर्धारित करती है। दशकों तक, इसके रहस्य भौतिकविदों को चकमा देते रहे, एक विरोधाभास प्रस्तुत करते रहे: एक बल जो कम दूरी पर इतना शक्तिशाली है, वह सूक्ष्म रूप से छोटी दूरी पर विरोधाभासी रूप से कैसे कमजोर हो सकता है? इस गहन प्रश्न ने आधुनिक भौतिकी की सबसे सुरुचिपूर्ण खोजों में से एक के लिए मंच तैयार किया, जिसका नेतृत्व डेविड ग्रॉस ने किया।

उन्नीस सौ सत्तर के दशक से पहले, प्रबल बल, जो क्वार्क को एक साथ जोड़कर प्रोटॉन और न्यूट्रॉन बनाने के लिए ज़िम्मेदार था, एक निराशाजनक रहस्य था। प्रयोगों से पता चला कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन स्वयं मौलिक कण नहीं थे; वे और भी छोटे घटकों से बने थे, जिन्हें मरे गेल-मान ने उन्नीस सौ चौंसठ में 'क्वार्क' नाम दिया था। फिर भी, क्वार्क ने एक हैरान कर देने वाली समस्या पेश की: उन्हें कभी अलग नहीं किया जा सकता था। परमाणुओं को तोड़ने और एक भी क्वार्क निकालने के अथक प्रयासों के बावजूद, वे ज़िद से अपने मिश्रित कणों के भीतर ही सीमित रहे, इस अवलोकन को 'क्वार्क परिरोधन' कहा गया। इसका मतलब प्रबल बल के लिए एक अद्वितीय, प्रति-सहज व्यवहार था - क्वार्क के अलग होने की कोशिश करने पर इसे और मज़बूत होना पड़ता था।

चुनौती एक क्वांटम फील्ड थ्योरी विकसित करना था जो इन प्रबल अंतःक्रियाओं का सटीक वर्णन कर सके, ठीक वैसे ही जैसे क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स (क्यूईडी) ने विद्युत चुम्बकत्व का वर्णन किया था। हालाँकि, प्रबल बल को मॉडल करने के शुरुआती प्रयास लगातार विफल रहे। जब भौतिकविदों ने पारंपरिक सिद्धांतों को लागू करने की कोशिश की, तो उन्होंने पाया कि गणनाएँ निराशाजनक रूप से जटिल हो गईं और अक्सर अनंत परिणाम देती थीं, खासकर उच्च ऊर्जा पर। 'युग्मन स्थिरांक' - एक बल की शक्ति का माप - बिना किसी सीमा के बढ़ता हुआ प्रतीत होता था, जिसका अर्थ था कि प्रबल बल कम दूरी पर अनियंत्रित रूप से प्रबल था, जो कण त्वरक से उभरते प्रयोगात्मक साक्ष्यों के विपरीत था, जो यह सुझाव देते थे कि गहरे जांचने पर क्वार्क लगभग मुक्त कणों की तरह व्यवहार करते थे।

उन्नीस सौ तिहत्तर में, डेविड ग्रॉस ने अपने स्नातक छात्र फ्रैंक विल्ज़ेक के साथ प्रिंसटन विश्वविद्यालय में काम करते हुए एक अभूतपूर्व खोज की जिसने कण भौतिकी में क्रांति ला दी। स्वतंत्र रूप से, एच. डेविड पोलित्ज़र ने भी यही महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्राप्त की। उन्होंने पाया कि कुछ क्वांटम क्षेत्र सिद्धांतों में, विशेष रूप से गैर-एबेलियन गेज समूहों (एक जटिल गणितीय संरचना) से जुड़े सिद्धांतों में, युग्मन स्थिरांक ऊर्जा के साथ नहीं बढ़ता था; यह वास्तव में घटता था। इसका मतलब यह था कि अत्यधिक कम दूरी या बहुत उच्च ऊर्जा पर, प्रबल बल प्रभावी रूप से गायब हो जाता था, जिससे क्वार्क लगभग मुक्त कणों के रूप में व्यवहार कर पाते थे। उन्होंने इस प्रति-सहज घटना को 'एसिम्प्टोटिक फ्रीडम' नाम दिया। यह वह गुमशुदा टुकड़ा था, जिसने प्रबल अंतःक्रिया के लिए एक सुसंगत सैद्धांतिक ढाँचा प्रदान किया।

एसिम्प्टोटिक फ्रीडम का जादू मज़बूत बल के मध्यस्थों: ग्लूऑन की अजीब प्रकृति में निहित है। फोटॉन के विपरीत, जो विद्युत रूप से तटस्थ होते हैं, ग्लूऑन स्वयं एक 'कलर चार्ज' ले जाते हैं। इससे एक अद्वितीय 'एंटी-स्क्रीनिंग' प्रभाव पैदा होता है। कल्पना कीजिए कि एक क्वार्क आभासी क्वार्क-एंटीक्वार्क युग्मों और आभासी ग्लूऑन के एक बादल से घिरा हुआ है जो लगातार अस्तित्व में आते और बाहर जाते रहते हैं। जबकि आभासी क्वार्क-एंटीक्वार्क युग्म क्वार्क के कलर चार्ज को स्क्रीन करते हैं (जैसे इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन युग्म एक इलेक्ट्रॉन के चार्ज को स्क्रीन करते हैं), ग्लूऑन, कलर चार्ज ले जाने से, कलर फ़ील्ड को फैलाते हैं। यह फैलाव प्रभावी रूप से स्पष्ट कलर चार्ज को कम करता है जैसे-जैसे आप क्वार्क के करीब आते हैं, जिससे कम दूरी पर बल कमजोर हो जाता है। यह इलेक्ट्रोमैग्नेटिज्म में जो होता है उसका पूर्ण उलट है।

एसिम्प्टोटिक स्वतंत्रता का व्युत्क्रम भी उतना ही गहरा है: क्वार्क परिरोध। जैसे-जैसे क्वार्क के बीच की दूरी बढ़ती है, प्रबल बल कमजोर नहीं होता; यह वास्तव में मजबूत होता जाता है, ठीक वैसे ही जैसे एक अविश्वसनीय रूप से मजबूत इलास्टिक बैंड को खींचना। यदि आप दो क्वार्क को अलग करने की कोशिश करते हैं, तो आवश्यक ऊर्जा दूरी के साथ रैखिक रूप से बढ़ती है। अंततः, लगाई गई ऊर्जा इतनी विशाल हो जाती है कि निर्वात से अनायास एक नया क्वार्क-एंटीक्वार्क युग्म बनाना ऊर्जावान रूप से अधिक अनुकूल होता है। ये नवगठित क्वार्क फिर मूल क्वार्क के साथ बंध जाते हैं, जिससे नए हैड्रॉन बनते हैं। यह बताता है कि मुक्त क्वार्क कभी क्यों नहीं देखे जाते हैं और वे प्रोटॉन और न्यूट्रॉन जैसे मिश्रित कणों के भीतर हमेशा के लिए क्यों बंधे रहते हैं, जो प्रबल बल की अद्वितीय, अटूट पकड़ को दर्शाता है।

एसिम्प्टोटिक फ्रीडम की खोज ने क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स (क्यूसीडी) के पूर्ण सूत्रीकरण का मार्ग प्रशस्त किया, जो मजबूत अंतःक्रिया का सिद्धांत है। क्यूसीडी यह मानता है कि क्वार्क तीन 'रंगों' (लाल, हरा, नीला - एक रूपक, वास्तविक रंग नहीं) में आते हैं और आठ प्रकार के ग्लूऑन का आदान-प्रदान करके परस्पर क्रिया करते हैं, जो रंग आवेश भी ले जाते हैं। यह 'रंग' समरूपता ही है जो मजबूत बल के अद्वितीय गुणों को जन्म देती है, जिसमें एसिम्प्टोटिक फ्रीडम और परिरोध दोनों शामिल हैं। क्यूसीडी, क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स और इलेक्ट्रोवीक सिद्धांत के साथ, कण भौतिकी के मानक मॉडल की आधारशिला बनाता है, जो ब्रह्मांड में सभी ज्ञात पदार्थ का गठन करने वाले मौलिक बलों और कणों की एक पूर्ण तस्वीर प्रदान करता है।

एसिम्प्टोटिक फ़्रीडम और क्यूसीडी की सैद्धांतिक भविष्यवाणियों को तुरंत शक्तिशाली प्रायोगिक सत्यापन मिला। शुरुआती सबूत 1960 के दशक के अंत और 1970 के दशक की शुरुआत में स्टैनफोर्ड लीनियर एक्सीलरेटर सेंटर (एसएलएसी) में किए गए 'डीप इनइलास्टिक स्कैटरिंग' प्रयोगों से मिले। इन प्रयोगों, जिनके लिए जेरोम फ़्रीडमैन, हेनरी केंडल और रिचर्ड टेलर को 1990 में नोबेल पुरस्कार मिला, में प्रोटॉन पर उच्च-ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉन दागना शामिल था। जिस तरह से ये इलेक्ट्रॉन बिखरे, उससे पता चला कि प्रोटॉन वास्तव में कठोर, बिंदु-जैसे घटकों (क्वार्क) से बने थे, और बहुत उच्च ऊर्जा पर, ये क्वार्क प्रोटॉन के भीतर लगभग स्वतंत्र रूप से व्यवहार करते थे - ठीक वही जो एसिम्प्टोटिक फ़्रीडम ने भविष्यवाणी की थी। सर्न में बाद के प्रयोगों, विशेष रूप से उच्च-ऊर्जा टकरावों से निकलने वाले कणों के 'जेट' का अवलोकन करने वालों ने क्यूसीडी की वैधता का और भी, ठोस प्रमाण प्रदान किया।

डेविड ग्रॉस की खोज ने ब्रह्मांड की सबसे शक्तिशाली शक्ति के बारे में हमारी समझ को मौलिक रूप से आकार दिया। क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स ने न केवल यह बताया कि क्वार्क और ग्लूऑन कैसे परस्पर क्रिया करते हैं, बल्कि इसने स्टैंडर्ड मॉडल को भी पूरा किया, जिससे यह सभी ज्ञात मौलिक कणों और चार मौलिक शक्तियों में से तीन (गुरुत्वाकर्षण को छोड़कर) का एक व्यापक सिद्धांत बन गया। इस सफलता ने भौतिकविदों को प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और क्वार्क से बने अन्य विदेशी कणों के गुणों के बारे में सटीक भविष्यवाणियां करने में सक्षम बनाया, और इसने बिग बैंग के ठीक बाद, प्रारंभिक ब्रह्मांड की स्थितियों में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रदान की, जब पदार्थ एक गर्म, घने 'क्वार्क-ग्लूऑन प्लाज्मा' के रूप में मौजूद था।

एसिम्प्टोटिक फ्रीडम पर अपने अभूतपूर्व काम के लिए, डेविड ग्रॉस, फ्रैंक विल्ज़ेक और एच. डेविड पॉलिट्ज़र को संयुक्त रूप से दो हज़ार चार में भौतिकी का नोबेल पुरस्कार दिया गया था। उनकी खोज केवल एक वृद्धिशील कदम नहीं थी, बल्कि एक प्रतिमान बदलाव था, जिसने दशकों पुरानी पहेली को सुलझाया और मजबूत परमाणु बल को समझने के लिए एक मजबूत ढाँचा प्रदान किया। जबकि क्यूसीडी बेहद सफल रहा है, कुछ पहलू, जैसे कि क्वार्क परिरोध का सटीक तंत्र, अनुसंधान के सक्रिय क्षेत्र बने हुए हैं। 'ग्लूबॉल्स' - केवल ग्लूऑन से बने कणों - और गुरुत्वाकर्षण को शामिल करने वाले एक एकीकृत सिद्धांत की खोज जारी है। डेविड ग्रॉस की विरासत ब्रह्मांड के बारे में सबसे गहरे सत्यों को उजागर करने के लिए सैद्धांतिक भौतिकी की शक्ति का एक वसीयतनामा है, जो नई पीढ़ियों को ज्ञान की सीमाओं को आगे बढ़ाने के लिए प्रेरित करती है।