विज्ञानवाटा : लघु प्रवेगकाच्या दिशेने...

लघु प्रवेगकांच्या विकासासाठी जोरदार प्रयत्न सुरू आहेत. त्या बाबतीत यश आल्यास त्यामुळे विविध क्षेत्रातील त्याच्या वापरापासून अनेक बाबतीत व्यापक परिवर्तन साधता येईल. वैद्यकीय व औद्योगिक क्षेत्रात यामुळे आमूलाग्र बदल घडतील.

प्रवेगक म्हणजेच भारांकित मूलकणांची ऊर्जा व वेग वाढवीत नेणारं उपकरण. या ऊर्जाधारीत मूलकणांचा उपयोग सध्या विविध क्षेत्रांमध्ये बेमालूमपणे होतांना दिसतो. शिवाय मानवी जीवन सुकर होण्यासाठीही त्याची वाटचाल सुरू आहे. सध्या प्रवेगक म्हटले म्हणजे लार्ज हॅड्रॉन कोलायडरसारख्या भव्य-दिव्य आकाराचे उपकरण की, ज्याची त्रिज्या २७ किलोमीटर असून, ते डोळ्यापुढे उभे राहते.

हा प्रयोग अब्जावधी डॉलर खर्च करून जीनिव्हा येथे उभारलेला असून, तो खऱ्या अर्थाने विश्वाच्या उत्पत्तीची उकल करण्याचं ध्येय ठेवतो. त्या दृष्टीने शास्त्रज्ञांचे प्रयत्न सुरू आहेत. प्रवेगकाचा पुढचा टप्पा मात्र फ्युचर सर्क्युलर कोलायडरचा असून, त्याचा परीघ ऐंशी किलोमीटर असेल. याचा मुख्य हेतू कृष्ण पदार्थांव्यतिरिक्त वस्तू, प्रतिवस्तू, न्यूट्रीनोचे स्रोत आणि विस्तारित ऊर्जेचा शोध हा आहे. हा अतिशय भव्य व महत्त्वकांक्षी प्रकल्प असून, पुढील पन्नास वर्षांत विश्वातील रहस्य बारकाईने शोधणे शक्य होणार आहे.

प्रवेगकाचे खूप प्रकार आहेत. पृथ्वीवर आजपावेतो साधारण तीस हजार प्रवेगक उपलब्ध आहेत. त्यापैकी काही प्रवेगक हे विश्वाची गुपिते शोधण्याचे काम करीत असले तरी, बहु:तांशी प्रवेगक हे पृथ्वीवरील मानवी जीवन व समाजोपयोगासाठी आहेत. त्यामध्ये प्रतिमा निर्मितीसोबतच कर्करोगासारख्या व्याधींवर उपचारासाठी मोठ्या प्रमाणात उपयोग होतो आहे. तुलनेने त्याची किंमतही कमी आहे.

पूर्वी आणि आजही गॅमा किरणांचा उपयोग कर्करोग चिकित्सेसाठी केला जातो. पण भारांकित मूलकण, म्हणजेच इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन यांचाही उपयोग शास्त्रज्ञ प्रभावीपणे करू लागले आहेत. त्यामुळे इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन प्रवेगकांना महत्व आले आहे. काही महिन्यांपूर्वी या अशा प्रवेगकांमध्ये शास्त्रज्ञांनी अतिशय जिज्ञासापूर्वक लघु मूलकण प्रवेगकाची कल्पना रुजवून त्यावर यशस्वीपणे प्रयोगही केले.

भौतिकशास्त्रज्ञांनी रुपयाच्या नाण्याएवढा प्रवेगक तयार केला असून, या क्षेत्रातील सूक्ष्मतेचे द्वारही उघडले आहे. सध्या ते प्रात्यक्षिक स्तरावर असून, त्याची निर्मिती सिलिकॉन चीपवर केलेली आहे. ‘नेचर’ या नियतकालिकेमध्ये नुकतेच हे संशोधन प्रकाशित करण्यात आले आहे.

मूलकण प्रवेगकाच्या समस्या

इतर अनेक रेखीय इलेक्ट्रॉन प्रवेगक अस्तित्वात आहेत. त्यात सर्वात प्रसिद्ध म्हणजे दोन मैल लांब असलेला स्टॅन्डफर्ड लिनीअर कोलायडर. तसे पाहता पारंपरिक इलेक्ट्रॉन प्रवेगकामध्ये मूलकणांची ऊर्जा ही तांब्याच्या धातूतील पोकळीमध्ये निर्माण झालेल्या विद्युतचुंबकीय क्षेत्रामुळे वाढविली जाते.

पण काही शास्त्रज्ञांचा असा विश्वास आहे की, हे जुन्या पद्धतीचे प्रवेगक आदर्श नाहीत. कारण धातूच्या पोकळीमध्ये त्रुटी राहू शकतात आणि दुर्बल होऊन त्याचा आकार वाढतो. आता मात्र शास्त्रज्ञ नवीन प्रवेगकामध्ये इलेक्ट्रॉनचा वेग वाढविण्यासाठी अचूक लेझर शॉट्स वापरत असतात.

भौतिकशास्त्रज्ञ १९६० पासून लेझर प्रवेगक बनविण्याचा प्रयत्न करीत आहेत. यालाच प्रकाशाचा संदर्भ देत ‘फोटॉनिक प्रवेगक’ संबोधले गेले. असे प्रवेगक किफायतशीर असून, प्रयोगासाठी परवडणारेही आहेत. शिवाय इलेक्ट्रॉन स्रोत म्हणून इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शिकेमध्ये जो स्रोत वापरला जातो, तोच लघु प्रवेगकांमध्ये वापरला जातो.

या संशोधनामध्ये सहभागी नसलेले कॉर्नेल विद्यापीठातील शास्त्रज्ञ प्रा. मॅक्सन यांचे म्हणणे आहे की, मूलकण प्रवेगकाच्या मुख्य समस्या म्हणजे ते खूप मोठे व अवाढव्य असतात. महागही असतात. अशा उपकरणांचे सूक्ष्मीकरण महत्त्वाचे पाऊल असून, टेबलावर मांडता येईल, असे उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रॉन प्रवेगक बनू शकतात. त्यामुळे निश्चितच वैद्यकीय व विज्ञानासाठी नवीन संधी उपलब्ध होतील.

आधुनिक प्रवेगकांची वैशिष्ट्ये

सिलिकॉन चीपवर बांधलेले प्रवेगक हे दोन ओळींनी बनलेले असून, त्यातील उंचवटेधारित खांब हे दोन मायक्रोमीटर उंचीचे आहेत. ते गगनचुंबी इमारतींचीच आठवण करून देतात. या उंचवट्यांवरच लेझर किरणांचा मारा केला तर खांबांचा जो आराखडा आहे त्यामध्ये मोठ्या प्रमाणात विद्युत चुंबकीय क्षेत्र तयार होते. तेच क्षेत्र मूलकणांना वेग देण्यास कारणीभूत ठरतात.

शिवाय खांबांमधील अंतरही दोन मायक्रोमीटर असल्याने ते शक्य होते. अशा उपकरणातील इलेक्ट्रॉन्सनी अर्ध्या मिलिमीटर अंतरावर १२.३० किलो इलेक्ट्रॉन व्होल्ट एवढी ऊर्जा मिळविली आणि पुढे लेझरच्या धक्क्याने ऊर्जेमध्ये कमालीची वाढ होऊन ती ४० किलो इलेक्ट्रॉन व्होल्ट एवढी झाली. भौतिकशास्त्रज्ञ पीटर होमाल हॉफ यांनी हा परिणाम ‘नेचर’ नियतकालिकेत नुकताच प्रसिद्ध केला.

खांबांतील अंतर काळजीपूर्वक ठेवल्यास, मोठ्या प्रवेगकाच्या क्षमतेची नक्कल करून, इलेक्ट्रॉन झोत बंदिस्त ठेवण्यास मदत होते. हा खरोखरच पहिला प्रवेगक आहे की जो नॅनोफोटॉनिकवर आधारित असून, ज्यामध्ये कोणत्याही आधुनिक प्रवेकांची वैशिष्ट्ये आहेत.

सध्या जगातील सर्वात शक्तिशाली मूलकण प्रवेगक म्हणजे जीनिव्हातील लार्ज हॅड्रॉन कोलायडर असून, अब्जावधी ऊर्जा असणाऱ्या प्रोटॉनची निर्मिती यामध्ये होते. त्याचा उपयोग हिग्ज बोसॉन या मूलकणाच्या शोधासाठी केला जातो. पण सूक्ष्म आकाराचे प्रवेगक कदाचित हिग्जची निर्मिती करू शकणार नाहीत; पण निश्चितच त्याचा उपयोग इतर ठिकाणी होऊ शकेल.

उदा. सध्याचे उच्च ऊर्जा असणारे प्रवेगक हे कर्करोगाच्या पेशीतील ‘डीएनए’ला नुकसान करून त्याचा संपूर्ण नायनाट करतात. अशा उच्च ऊर्जेच्या प्रवेकांच्या निर्मितीसाठी खूप मोठ्या प्रमाणात यंत्रसामुग्री व जागेची आवश्यकता असते. पण अर्धवाहक चीपवर असणाऱ्या अशा लघु प्रवेगकांची निर्मिती झाली तर त्याचा उपयोगही सक्षमपणे कर्करोग उपचारासाठी होऊ शकेल.

तत्सम उपचार हे त्वचेवरच नाही तर खोलवर असणाऱ्या रोगांवरही उपयोगी ठरू शकतात. लोकल रेडिएशन चिकित्सेसाठी मानवी शरीरात जाऊ शकेल, अशा फायबरची निर्मिती हे शास्त्रज्ञांचे स्वप्न आहे. संपूर्ण प्रवेगकच शरीरात बसवून यशस्वीपणे, कुठलेही दुष्परिणाम न होता चिकित्सा करणे शक्य होईल.

शिवाय, अशा लघु प्रवेगकांचे इतरही उपयोग आहेत. मुख्यत्वे क्वांटम कम्प्युटिंगमध्ये त्याचा उपयोग महत्त्वाचा ठरणार आहे. या व्यतिरिक्त भौतिकशास्त्रातही त्याचा महत्त्वाचा उपयोग असून, सक्षम प्रतिमानिर्मितीचे शास्त्रज्ञांचे ध्येय आहे. पण अशा लघु प्रवेगकांना अजून बराच मोठा पल्ला गाठायचा आहे. सध्या अशा उपकरणांमधून प्रतिसेकंद एक इलेक्ट्रॉन असा झोत बाहेर पडतो. पारंपरिक प्रवेगकापेक्षा तो खूपच कमी आहे.

हाच झोत वाढविण्याचे आव्हान शास्त्रज्ञांपुढे आहे. इलेक्ट्रॉनच्या ऊर्जेसह झोतामधील इलेक्ट्रॉनची संख्या वाढविण्याचे कार्य शास्त्रज्ञांनी हिरीरीने हाती घेतले असून येत्या काळात निश्चितच लघु प्रवेगक उपलब्ध होऊ शकतील. जसा पेन खिशात ठेवता येतो अगदी तसाच लघु प्रवेगक खिशात ठेवणे शक्य होईल. त्यामुळे वैद्यकीय व इतर औद्योगिक क्षेत्रात आमूलाग्र बदल होतील, हेही निश्चित.

(लेखक पुणे विद्यापीठात भौतिकशास्त्राचे प्राध्यापक आहेत.)