चीन की TRIDENT न्यूट्रिनो दूरबीन के उपकरणों ने महत्वपूर्ण गहरे समुद्र का परीक्षण पास किया

गहरे समुद्र की उपलब्धि ने ब्रह्मांड पर नई खिड़की खोली

चीनी वैज्ञानिकों ने ट्रॉपिकल डीप-सी न्यूट्रिनो टेलीस्कोप (TRIDENT) के लिए महत्वपूर्ण समुद्री परीक्षण सफलतापूर्वक पूरे कर लिए हैं। यह उस परियोजना के निर्माण की दिशा में बड़ा कदम है, जो गहरे अंतरिक्ष से आने वाले रहस्यमय उपपरमाण्विक कणों का पता लगाने वाली दुनिया की सबसे बड़ी पानी के भीतर की वेधशाला बनेगी। शंघाई जियाओतोंग विश्वविद्यालय ने रविवार को बताया कि सटीक उपकरणों और इंजीनियरिंग प्रणालियों ने दक्षिण चीन सागर में 3,500 मीटर की गहराई पर पूरी परिचालन क्षमता का प्रदर्शन किया। इससे वर्षों के गहन अनुसंधान और विकास की पुष्टि हुई है।

हाल ही में पूरे हुए परीक्षणों में सबसी प्रिसिजन इंस्ट्रूमेंट डिप्लॉयर विद इलास्टिक रिलीजिंग (SPIDER) प्रणाली की क्षमता परखी गई। यह एक परिष्कृत तंत्र है, जिसे संवेदनशील पहचान उपकरणों को अत्यधिक सटीकता से समुद्र तल पर रखने के लिए बनाया गया है। परीक्षणों के दौरान SPIDER ने 3,500 मीटर की लक्षित गहराई पर समुद्र तल पर उतरने का परीक्षण पूरा किया और गतिशील स्थिति-नियंत्रण वाले जहाज के साथ समन्वित गति परीक्षण किए। इससे आगे की विशाल निर्माण परियोजना के लिए जरूरी प्रभाव-प्रतिरोध और गहरे समुद्र में सटीक स्थिति-निर्धारण की क्षमता की पुष्टि हुई।

उपकरण तैनाती प्रणाली के अलावा, शोधकर्ताओं ने अप्रैल 2025 में लगाए गए न्यूट्रिनो पर्यावरणीय मूरिंग्स को भी सफलतापूर्वक वापस निकाला। इन उपकरणों ने पूरे चक्र का मौसम विज्ञान, समुद्र विज्ञान और जल विज्ञान संबंधी डेटा दिया तथा अत्यधिक दबाव की स्थितियों में उपकरणों के संचालन को रिकॉर्ड किया। कई महीने पानी के भीतर रहने के बाद सेंसरों पर जैविक जमाव बहुत कम पाया गया। उनसे लगातार मिले डेटा से विशाल दूरबीन सरणी के लिए अंतिम स्थल चुनने में मदद मिलेगी और यह सुनिश्चित होगा कि चुनी गई जगह पर साल भर स्थिर परिस्थितियां बनी रहें।

अभियान के दौरान परियोजना दल ने समुद्र में ही नमूने लेने और बड़े पैमाने पर छानने के प्रयोग भी किए तथा गहरे समुद्र के मैदान के पारिस्थितिकी तंत्र की जैव विविधता से जुड़ा व्यापक डेटा जुटाया। ये निष्कर्ष वास्तविक न्यूट्रिनो संकेतों को संभावित जैविक हस्तक्षेप या गहरे समुद्री वातावरण के अन्य पृष्ठभूमि शोर से अलग पहचानने के लिए अहम संदर्भ देंगे। साथ ही, ये कम खोजी गई गहराइयों के बारे में समुद्री विज्ञान की समझ को भी बढ़ाएंगे।

सफल परीक्षण केवल इंजीनियरिंग क्षमता की पुष्टि नहीं हैं। वे साबित करते हैं कि चीन के पास पृथ्वी के सबसे चुनौतीपूर्ण वातावरणों में से एक में परिष्कृत वैज्ञानिक ढांचा बनाने और उसका रखरखाव करने की तकनीकी क्षमता है। 3,500 मीटर की गहराई पर समुद्र तल के मैदान में कुचल देने वाला दबाव, पूर्ण अंधकार और शून्य के करीब तापमान होता है। ऐसी स्थितियों में सामान्य उपकरण कुछ ही घंटों में नष्ट हो सकते हैं।

अंधेरे पानी में अदृश्य कणों की तलाश

TRIDENT, जिसे चीनी भाषा में हाइलिंग या ओशन बेल कहा जाता है, न्यूट्रिनो पकड़ने का एक महत्वाकांक्षी प्रयास है। न्यूट्रिनो इतने मायावी उपपरमाण्विक कण हैं कि वैज्ञानिक उन्हें भूत कण कहते हैं। उनका द्रव्यमान लगभग शून्य और विद्युत आवेश नहीं होता, इसलिए वे पूरे ग्रहों समेत ठोस पदार्थों से बिना किसी प्रतिक्रिया के गुजर सकते हैं। हर सेकंड करीब 100 अरब न्यूट्रिनो मानव शरीर के प्रत्येक वर्ग सेंटीमीटर से गुजरते हैं, फिर भी उनके गुजरने का कोई निशान नहीं छूटता।

न्यूट्रिनो का यह मायावी स्वभाव उन्हें पकड़ना बेहद कठिन बनाता है, लेकिन इसी कारण वे ब्रह्मांड के अमूल्य संदेशवाहक भी हैं। वे चुंबकीय क्षेत्रों से मुड़े बिना सीधी रेखा में चलते हैं, इसलिए सीधे अपने स्रोतों की ओर संकेत करते हैं। इससे संभावित रूप से ब्रह्मांडीय किरणों की उत्पत्ति और उन्हें पैदा करने वाली हिंसक खगोलीय घटनाओं का पता चल सकता है। इन स्रोतों में सुपरनोवा विस्फोट, टकराती आकाशगंगाएं और सक्रिय आकाशगंगीय नाभिकों से निकलने वाली जेट धाराएं शामिल हैं।

जब उच्च ऊर्जा वाले न्यूट्रिनो कभी-कभार पानी के अणुओं से टकराते हैं, तो वे म्यूऑन नामक द्वितीयक कण पैदा करते हैं। ये चेरेनकोव विकिरण कहलाने वाली नीली रोशनी की हल्की चमक छोड़ते हैं। TRIDENT गहरे समुद्र के विशाल जल-क्षेत्र में लटके हजारों अति-संवेदनशील प्रकाशीय सेंसरों से इन क्षणिक चमकों का पता लगाएगा।

चरम गहराइयों में सटीक इंजीनियरिंग

हाल के समुद्री परीक्षणों में पहले चरण के निर्माण के लिए जरूरी कई प्रमुख तकनीकों की पुष्टि पर ध्यान दिया गया। SPIDER प्रणाली खास तौर पर सफल रही। मौजूदा सफलता हासिल करने से पहले इसके डिजाइन में आठ बार बदलाव किए गए। परीक्षण के दौरान यह उपकरण करीब 1,700 मीटर नीचे उतरा। इसने 20 सेंसर और चार उत्प्लावकता ब्लॉकों से बनी 700 मीटर लंबी लाइन खोली, दस मिनट तक अपनी स्थिति बनाए रखी और परिचालन स्थितियों का अनुकरण करने के लिए धीरे-धीरे घूमता रहा।

इंजीनियरों ने प्रोटोटाइप हाइब्रिड डिजिटल ऑप्टिकल मॉड्यूल (hDOM) का भी परीक्षण किया, जो दूरबीन की मुख्य पहचान इकाई है। इस उन्नत सेंसर ने न्यूट्रिनो के सूक्ष्म संकेत दर्ज किए और बेहद कमजोर रोशनी में एकल फोटॉन स्तर की सटीकता हासिल की। इससे भूत कणों की अंतःक्रियाओं का पता लगाने के लिए जरूरी संवेदनशीलता प्रदर्शित हुई।

इसके अलावा, परियोजना दल ने गहरे समुद्र के वेट-मेट कनेक्टर के पांच स्वदेशी सिस्टमों पर पानी के भीतर कई जोड़-परीक्षण पूरे किए। ये उपकरण सतह के नीचे लगे उत्प्लावकों को समुद्र तल के जंक्शन बॉक्सों से जोड़ेंगे और वेधशाला के डेटा तथा बिजली ढांचे में महत्वपूर्ण कड़ियां बनाएंगे। अभियान के दौरान पानी के भीतर ध्वनिक स्थिति-निर्धारण प्रणालियों की भी पुष्टि की गई।

नवोन्मेषी हाइब्रिड सेंसर डिजाइन

hDOM इकाइयां पिछली न्यूट्रिनो दूरबीनों की तुलना में महत्वपूर्ण तकनीकी प्रगति हैं। हर मॉड्यूल पारंपरिक फोटोमल्टिप्लायर ट्यूबों (PMT) को आधुनिक सिलिकॉन फोटोमल्टिप्लायरों (SiPM) के साथ जोड़ता है। इससे एक हाइब्रिड पहचान प्रणाली बनती है, जो प्रकाश का अधिकतम संग्रह करते हुए दसियों पिकोसेकंड में मापी गई समय-सटीकता हासिल करती है। SiPM, PMT के बीच की जगह भरते हैं, जिससे प्रकाश-संवेदी कैथोड का क्षेत्र बढ़ता है और कॉइनसिडेंस ट्रिगरिंग संभव होती है, जो संकेतों को बेहतर ढंग से अलग पहचानने में मदद करती है।

इस हाइब्रिड तरीके से TRIDENT बिना बिखरे चेरेनकोव फोटॉनों के पहुंचने का समय सटीक रूप से माप सकेगा। इससे पहचाने गए कणों के पथ का कोणीय रिजॉल्यूशन सीधे बेहतर होगा। वैज्ञानिकों को उम्मीद है कि उच्च ऊर्जा वाली घटनाओं के लिए वह लगभग 0.1 डिग्री की दिशात्मक सटीकता हासिल करेगा। इससे विसरित ब्रह्मांडीय न्यूट्रिनो की पृष्ठभूमि में अलग-अलग खगोलीय स्रोतों की पहचान करने में मदद मिलेगी।

दुनिया की सबसे बड़ी पानी के भीतर की वेधशाला की रूपरेखा

2030 के दशक की शुरुआत में पूरा होने पर TRIDENT मौजूदा सभी न्यूट्रिनो वेधशालाओं से कहीं बड़ा होगा। पूरी सरणी में 1,211 ऊर्ध्वाधर स्ट्रिंग होंगी। हर स्ट्रिंग 700 मीटर ऊंची होगी और उस पर 30 मीटर की दूरी पर 20 हाइब्रिड ऑप्टिकल मॉड्यूल लगे होंगे। ये स्ट्रिंग समुद्र तल से 2,800 से 3,400 मीटर नीचे तक फैली होंगी और करीब 7.5 घन किलोमीटर का उपकरणयुक्त क्षेत्र बनाएंगी।

इन स्ट्रिंगों को गोल्डन रेशियो के आधार पर पेनरोज टाइलिंग वितरण प्रतिरूप में लगाया जाएगा। उनके बीच की दूरी बारी-बारी से 70 और 110 मीटर होगी। शोधकर्ताओं ने नियमित ग्रिड के बजाय यह असमान ज्यामिति चुनी है, क्योंकि सिमुलेशन के अनुसार इससे पहचानी जा सकने वाली न्यूट्रिनो ऊर्जा की सीमा बढ़ती है और डेटा की गुणवत्ता घटाने वाले किनारी प्रभाव कम होते हैं। डिजाइन में स्ट्रिंग समूहों के बीच सर्पिल रास्ते भी शामिल हैं, ताकि पानी के भीतर चलने वाले रोबोट रखरखाव के लिए अंदरूनी हिस्सों तक पहुंच सकें और ऐसे बड़े खाली क्षेत्र न बनें जहां न्यूट्रिनो की अंतःक्रियाएं छूट सकती हैं।

यह विशाल आकार मौजूदा रिकॉर्डधारी आइसक्यूब की तुलना में बड़ा लाभ देता है, जो अंटार्कटिका की करीब 1 घन किलोमीटर बर्फ पर नजर रखता है। अधिक आयतन का मतलब है कि TRIDENT कहीं ज्यादा न्यूट्रिनो अंतःक्रियाएं दर्ज करेगा। शोधकर्ताओं का अनुमान है कि पांच सिग्मा सांख्यिकीय महत्व के साथ, संचालन शुरू होने के एक साल के भीतर ही वह NGC 1068 जैसी कुछ स्थिर स्रोतों को पहचान सकेगा।

न्यूट्रिनो खगोल विज्ञान में भूमध्यरेखीय स्थिति का लाभ

भूमध्य रेखा के पास पश्चिमी प्रशांत महासागर में TRIDENT की स्थिति उसे ऐसे अनूठे वैज्ञानिक लाभ देती है, जो ध्रुवीय या मध्य अक्षांशों की वेधशालाओं को उपलब्ध नहीं हैं। शंघाई जियाओतोंग विश्वविद्यालय के अंतर्गत सूंग-दाओ ली संस्थान के इस दूरबीन के मुख्य वैज्ञानिक शू डोंगलियान ने परियोजना की नवोन्मेषी अवलोकन रणनीति समझाई।

पृथ्वी को ढाल बनाकर TRIDENT ग्रह के दूसरी ओर से आने वाले न्यूट्रिनो का पता लगाएगा। चूंकि TRIDENT भूमध्य रेखा के पास है, इसलिए पृथ्वी के घूमने के साथ वह हर दिशा से आने वाले न्यूट्रिनो ग्रहण कर सकता है और बिना किसी अंधे क्षेत्र के पूरे आकाश का अवलोकन कर सकता है।

नीचे की ओर देखने वाली यह व्यवस्था वायुमंडलीय म्यूऑनों के पृष्ठभूमि विकिरण को छांट देती है, क्योंकि वे पूरे ग्रह से होकर नहीं गुजर सकते। केवल उच्च ऊर्जा वाले न्यूट्रिनो ही पृथ्वी के दूसरी ओर से आर-पार आ सकते हैं। इससे खगोलीय स्रोतों का पता लगाने के लिए स्वच्छ संकेत वातावरण बनता है। भूमध्य रेखा के पास डिटेक्टर की स्थिति के कारण पृथ्वी का घूमना उसके दृश्य क्षेत्र को लगातार पूरे आकाश में घुमाता है और ध्रुवीय डिटेक्टरों के अंधे क्षेत्रों को खत्म करता है।

2021 में किए गए स्थल चयन सर्वेक्षणों ने पुष्टि की कि चुना गया समुद्र तल का मैदान आदर्श परिस्थितियां देता है। 3,500 मीटर की गहराई पर पानी की धाराएं धीमी रहती हैं और उनकी गति 10 सेंटीमीटर प्रति सेकंड से कम होती है। समुद्री पानी की प्रकाशीय पारदर्शिता उत्कृष्ट है। उसमें प्रकाश अवशोषण की लंबाई करीब 27 मीटर और प्रकीर्णन की लंबाई 63 मीटर है, जिससे चेरेनकोव फोटॉन अंतःक्रिया के बिंदुओं और सेंसरों के बीच काफी दूरी तय कर सकते हैं।

ब्रह्मांड के रहस्यों और मूलभूत भौतिकी की पड़ताल

TRIDENT के पीछे की वैज्ञानिक महत्वाकांक्षाएं केवल भूत कणों की गिनती तक सीमित नहीं हैं। परियोजना अध्यक्ष जिंग यिपेंग ने हाल ही में एक संवाददाता सम्मेलन में व्यापक शोध एजेंडे की रूपरेखा पेश की। उन्होंने कहा कि यह दूरबीन अंतरिक्ष-समय की सममितियों की जांच, क्वांटम गुरुत्व के प्रमाणों की तलाश और डार्क मैटर की अप्रत्यक्ष खोज में मदद करेगी।

इसका मुख्य लक्ष्य ब्रह्मांडीय किरणों की उत्पत्ति की एक सदी पुरानी पहेली को सुलझाना है। वैज्ञानिक 1912 से जानते हैं कि उच्च ऊर्जा वाले कण अंतरिक्ष से लगातार पृथ्वी पर बरसते हैं, लेकिन इन कणों को अत्यधिक ऊर्जा तक पहुंचाने वाले सटीक तंत्र और स्थान अब भी अनिश्चित हैं। न्यूट्रिनो इस पहेली की अहम गायब कड़ी हैं, क्योंकि वे अपने जन्मस्थलों के पास ब्रह्मांडीय किरणों की पदार्थ या विकिरण से अंतःक्रिया के दौरान पैदा होते हैं।

विशिष्ट खगोलीय पिंडों से आने वाले न्यूट्रिनो का पता लगाकर TRIDENT ब्रह्मांड में फैली ब्रह्मांडीय किरणों की फैक्ट्रियों की पहचान करेगा। यह वेधशाला न्यूट्रिनो के फ्लेवर अनुपात भी मापेगी और जांचेगी कि खगोलीय दूरियां तय करते समय इलेक्ट्रॉन, म्यूऑन और टाउ न्यूट्रिनो एक-दूसरे में कैसे बदलते हैं। इन दोलनों के माप से मानक मॉडल से परे भौतिकी के संकेत मिल सकते हैं और क्वांटम गुरुत्व के प्रभावों की जानकारी मिल सकती है।

दूरबीन ग्लाशो अनुनाद की भी तलाश करेगी। यह ऊर्जा का एक खास संकेत है, जिसमें इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो परमाणु के इलेक्ट्रॉनों से अंतःक्रिया करते हैं और एक विशिष्ट संकेत पैदा करते हैं, जिसे न्यूट्रिनो की दूसरी अंतःक्रियाओं से अलग पहचाना जा सकता है। ऐसी दुर्लभ घटनाओं का पता लगाने से खगोलभौतिकीय मॉडलों और मूलभूत कण भौतिकी पर महत्वपूर्ण सीमाएं तय करने में मदद मिलेगी।

निर्माण की समय-सीमा और अंतरराष्ट्रीय संदर्भ

परियोजना को चरणबद्ध तरीके से लागू किया जाएगा। पहले चरण में दस न्यूट्रिनो पहचान स्ट्रिंग लगाकर एक छोटी सरणी बनाई जाएगी। यह तकनीक का प्रदर्शन होगा और इसके 2026 के आसपास पूरा होने का कार्यक्रम है। शुरुआती चरण सफल होने के बाद सभी 1,211 स्ट्रिंग वाली सरणी का निर्माण शुरू होगा। पूरी वेधशाला के 2030 के दशक की शुरुआत में काम शुरू करने की उम्मीद है।

हाइब्रिड ऑप्टिकल मॉड्यूल और स्ट्रिंग सिस्टम का बड़े पैमाने पर उत्पादन करने के लिए बंदरगाह शहर सान्या में एक समर्पित विनिर्माण केंद्र बनाया जाएगा। वहां से तैयार उपकरणों को स्थापना स्थल तक आसानी से भेजा जा सकेगा, जो हांगकांग से करीब 540 किलोमीटर दक्षिण में है।

TRIDENT न्यूट्रिनो वेधशालाओं के बढ़ते वैश्विक नेटवर्क में शामिल होगा। रूस का बैकाल GVD फिलहाल बैकाल झील में काम कर रहा है, जबकि KM3NeT परियोजना भूमध्य सागर में निर्माणाधीन है। दक्षिण ध्रुव पर आइसक्यूब वेधशाला अंटार्कटिका में काम कर रही है और प्रस्तावित पैसिफिक ओशन न्यूट्रिनो एक्सपेरिमेंट (P ONE) पूर्वी प्रशांत में स्थापित हो सकता है। हर स्थान के अपने खास लाभ हैं। भूमध्य रेखा पर TRIDENT की स्थिति उत्तरी और दक्षिणी गोलार्ध के डिटेक्टरों को पूरक आकाशीय कवरेज देगी।

एक दर्जन से अधिक चीनी विश्वविद्यालय और शोध संस्थान इस परियोजना में शामिल हैं। इनमें बीजिंग स्थित हाई एनर्जी फिजिक्स संस्थान, ओशन यूनिवर्सिटी ऑफ चाइना और यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी ऑफ चाइना शामिल हैं। इस सहयोगी प्रयास में कण भौतिकी, खगोल विज्ञान, महासागर इंजीनियरिंग और समुद्री जीव विज्ञान की विशेषज्ञता को जोड़ा गया है, ताकि गहरे समुद्र में कण भौतिकी प्रयोगशाला बनाने की बहुविषयी चुनौतियों का सामना किया जा सके।

मुख्य बिंदु

• चीनी वैज्ञानिकों ने दक्षिण चीन सागर में 3,500 मीटर की गहराई पर TRIDENT न्यूट्रिनो दूरबीन के हार्डवेयर का सफल परीक्षण किया। इससे SPIDER तैनाती प्रणाली और हाइब्रिड ऑप्टिकल सेंसरों की क्षमता प्रमाणित हुई
• SPIDER प्रणाली ने समुद्र तल पर उतरने और जहाज के साथ समन्वित गति के परीक्षण पूरे किए, जबकि हाइब्रिड डिजिटल ऑप्टिकल मॉड्यूल ने एकल फोटॉन स्तर की पहचान-सटीकता हासिल की
• 2030 के दशक की शुरुआत में पूरा होने पर TRIDENT 7.5 घन किलोमीटर में फैला होगा और इसमें 1,211 सेंसर स्ट्रिंग होंगी। यह दुनिया की सबसे बड़ी न्यूट्रिनो वेधशाला बनेगी
• भूमध्यरेखीय स्थिति के कारण दूरबीन पृथ्वी को ढाल बनाकर ग्रह के घूमने के साथ बिना अंधे क्षेत्रों के पूरे आकाश का अवलोकन कर सकेगी
• वैज्ञानिकों को पूर्ण संचालन के एक साल के भीतर विशिष्ट ब्रह्मांडीय न्यूट्रिनो स्रोतों की पहचान की उम्मीद है। इससे ब्रह्मांडीय किरणों की उत्पत्ति, क्वांटम गुरुत्व और डार्क मैटर पर शोध को आगे बढ़ावा मिलेगा
• दस स्ट्रिंग वाली प्रायोगिक सरणी 2026 के आसपास तैनात करने की योजना है और सान्या में विनिर्माण केंद्र बनाने की तैयारी है