কোয়ান্টাম ফিজিক্স-১৯ : আলফা বেটা গামা

0

কুরি দম্পত্তির সাফল্যের পর রাদারফোর্ডও ঝাঁপিয়ে পড়েছিলেন তেজস্ক্রিয় রশ্মির গবেষণায়। তিনি দেখতে চাইলেন, তেজস্ক্রিয় রশ্মির ভেদনক্ষমতা কতখানি। এজন্য অ্যালুমিনিয়ামের পাত ব্যবহার করলেন তিনি। তেজস্ক্রিয় মৌল যেসব রশ্মি বিকিরণ করছে তার সবই অ্যালুমিনয়াম পাত ভেদ করে যেতে পারছে না। কিছু রশ্মিকে সাধারণ কাগজ দিয়েই আটকে দেওয়া যায়। আবার কিছু রশ্মি অ্যালুমিনিয়ামের পাতের ভেতর বেশ খানিকটা চলে যায়। রাদারফোর্ড নিশ্চিত হলেন তেজস্ক্রিয় বিকিরণে দু’রকমের রশ্মি থাকে। একটার ভেদনক্ষমতা খুব সামান্য। রাদারফোর্ড সেই রশ্মিটার নাম দিলেন আলফা রশ্মি। যেটার ভেদনক্ষমতা বেশি, সেটার নাম দেওয়া হলো বেটা রশ্মি।

picture2

এরপরই জার্মান পদার্থবিদ গেহার্ড স্মিথ আবিষ্কার করলেন থোরিয়াম নামের আরেকটা তেজস্ক্রিয় মৌল। আরেক ফরাসী বিজ্ঞনী পল উলরিখ ভিলার্ড দেখালেন থোরিয়াম আরেক ধরনের তেজস্ক্রিয় রশ্মি বিকিরণ করে। সেই রশ্মির ভেদনক্ষমতা আলফা ও বেটা রশ্মির তুলনায় অনেক বেশি। ভিলার্ড সেই রশ্মির নাম দিলেন গামা রশ্মি। এই রশ্মি বেশ পুরু অ্যালুমিনিয়ামের দেয়াল ভেদ করে যেতে পারে।

ওদিকে বেকরেলও কিন্তু বসে নেই। তিনিই প্রথম এই তিন ধরনের তেজস্ক্রিয় রশ্মির চরিত্র মাপতে শুরু করলেন। ১৯০০ সাল নাগাদ বেকরেল দেখালেন, আলফা রশ্মি ধনাত্মক চার্জযুক্ত। আর বেটা রশ্মির চার্জ ঋণাত্মক। শুধু তা-ই নয়, বেকরেল দেখালেন, বেটা রশ্মি আসলে ক্যাথোড রশ্মির মতোই ইলেকট্রন কণার স্রোত। তবে আরও অনেক বেশি এই ইলেকট্রনগুলোর গতি।

picture1

তিন ধরনের রশ্মির প্রকৃতি বোঝার জন্য একটা পরীক্ষা চালানো হয়েছিল। এই পরীক্ষায় ব্যবহার করা হয় একটা সীসা। তার ভেতরে ছিল তেজস্ক্রিয় রশ্মির উৎস। তেজস্ক্রিয় রশ্মি সীসার দেয়াল ভেদ করে যেতে পারে না। তাই সীসার ব্লকের ভেতর রাখা হয়েছিল তেজস্ক্রিয় পদার্থকে। সীসার ব্লকের একপাশে থাকে একটা সুড়ঙ্গ পথ। সেই পথ দিয়েই বেরিয়ে আসে তেজস্ক্রিয় রশ্মি। আলফা, বেটা ও গামা একসাথে। তেজস্ক্রিয় রশ্মিদের চলার পথে রাখা হয় একটা তড়িচ্চুম্বক ক্ষেত্র। এর ভেতর দিয়ে চলে যায় তিন ধরনের রশ্মি একসাথে। কিন্তু তড়িচ্চুম্বক্ষেত্র পার হবার সময় বেঁকে যায় সময় রশ্মিগুলো পথ। আলফা বেঁকে যায় তড়িচ্চুম্বক ক্ষেত্রের ঋণাত্মক পাতের দিকে। আর বেটা রশ্মি বেঁকে যায় ধনাত্মক পাতের দিকে। কিন্তু গামা রশ্মির দিক বদল হচ্ছে না। সোজাসুজি চলে যাচ্ছে সরলরেখায়। এই ঘটনা প্রমাণ করে আলফা রশ্মি ধণাত্মক চার্জে চার্জিত। তাই এই রশ্মি ঋণাত্মক চার্জের আকর্ষণে ঋণাত্মক পাথের দিকে বেঁকে যায়। আর বেটা রশ্মি ঋণাত্মক চার্জে চার্জিত বলেই ধনাত্মক পতের দিকে বেঁকে যায়।
রাদারফোর্ড তখন নড়েচড়ে বসলেন। প্রথমেই নজর দিলেন আলফা কণার দিকে। বেটা রশ্মি ইলেকট্রন কণার স্রোত সেটা আগেই প্রমাণিত হয়েছে। কিন্তু আলফারশ্মি? এটা কি আলোক রশ্মি, না কণা? গামা রশ্মির ক্ষেত্রে একটা সমাধানে আসা যায়। ওর কোনো চার্জ নেই। ওটাকে তাই রশ্মি হিসেবেই কল্পনা করা সহজ। কিন্তু আলফা রশ্মি ঋণাত্মক পাত দ্বারা আকৃষ্ট হচ্ছে। অর্থাৎ সে ধণাত্মক আধানযুক্ত। সুতরাং এই রশ্মির কণাধর্ম থাকা উচিৎ। যদি সত্যিই কণাধর্মী হয় তাহলে নিশ্চয়ই ভরও থাকবে। রাদারফোর্ড সেই চেষ্টাই করলেন। নির্ণয় করলেন আলফা কণার ভর। এর ভর যেনতেন নয়। ইলেকট্রনের চেয়ে ৭৪৪৪ গুণ বেশি! তখন রাদাফোর্ডের মনে এলো অন্য চিন্তুা।

ইউরেনিয়ামের বিকিরণ কিছুটা সমস্যায় ফেলে দিয়েছিল বিজ্ঞানীদের। ইউরেনিয়ামের রশ্মি বিকিরণ খুব ধীর প্রক্রিয়া। খুব দ্রুত রশ্মি বিকিরণ করে ইউরেনিয়াম শক্তি শেষ করে ফেলে না। অবিরাম চলতে থাকে এর বিকিরণ। রশ্মি বিকিরণ করতে তো শক্তির দরকার হয়। সেই শক্তি তো অবিরাম চলার কথা নয়। এক সময় শক্তি ফুরিয়ে যাবার কথা। কিন্তু বিজ্ঞানীদের বিভ্রান্ত করছে ইউরেনিয়াম। অবিরাম সে রশ্মি বিকিরণ করছে। শক্তির সংরক্ষণশীলতা নীতি বলে, কোন সিস্টেমই অনন্তকাল শক্তি উৎপন্ন করতে পারে না। শক্তির ধ্বংস বা সৃষ্টি নেই। শক্তি এক অবস্থা থেকে আরেক অবস্থায় রূপান্তর হয় মাত্র। কিন্তু ইউরেনিয়ামের বেলায় সে হিসাব খাটছে কই? ইউরেনিয়াম পরমাণু এত বিপুল শক্তির যোগানই বা পায় কোথায়? বাইরে থেকে তো এরা শক্তি গ্রহণ করে না।

কিছু বিজ্ঞানী ভাবলেন, তেজস্ক্রিয় পরমাণু হয়তো শক্তির সংরক্ষণশীলতা মেনে চলে না। কেউ কেউ আরেকটু বেশিই ভেবে বসলেন। তাঁরা বললেন, সংরক্ষণশীলতা নীতিটাই হয়তো ঠিক নয়।

কিন্তু শক্তির সংরক্ষণ নীতিটাই এমন, এর কোনো সীমাবদ্ধতা থাকতে পারে না। আবার নীতিটা যদি ভূল হতো, তাহলে অধিকাংশ স্টিস্টেমই এই নীতি মেনে চলত না। তাই কিছু বিজ্ঞানী পরামর্শ দিলেন, শক্তির সংরক্ষণ নীতি অক্ষত রেখেই তেজস্ক্রিয়তার ব্যাপারটি সমাধান করতে। কে করবে সেটা?

আবার দৃশ্যপপটে হাজির আর্নেস্ট রাদারফোর্ড। সেটা ১৯০৩। তিনি বললেন, প্রতিটা পরমাণুই আসলে শক্তির বিশাল আধার। স্বাভাবিকভাবে সেই শক্তি অনুভব করা যায় না। এর কোনো প্রভাবও বোঝা যায় না। কিন্তু তেজস্ক্রিয় পরমাণুগুলো এর ব্যতিক্রম। এরা তেজস্ক্রিয় রশ্মি বিকিরণ করে পরমাণু থেকে সেই শক্তি বের করে দেয়।
কেন? কীভাবে?

অতশত ব্যাখ্যা তখন করতে পারেননি রাদারর্ফোড। ১৯০৫ সালে কীংবদিন্তর আবির্ভাব। আলবার্ট আইনস্টাইন প্রকাশ করলেন সেই বিখ্যাত সমীকরণ E=mc^২.

এই সমীকরণ বলে, ভরকে শক্তিতে রূপান্তর করা যায়। সেই শক্তির মান কিন্তু বিরাট। কারণ যে পারিমাণ ভরকে শক্তিতে রূপান্তর করা হয়, তার সাথে আলোর গতির বর্গফলকে গুণ করতে হয়। এর ফলে যে শক্তি তৈরি হয় তা কত বিপুল ভাবা যায়! কারণ আলোর গতি সেকেন্ডে তিনলক্ষ কিলোমিটার। অর্থাৎ তিনশকোটি মিটার। এটার বর্গ করতে হবে। তার সাথে গুণ করতে হবে ভর। তবেই বেরুবে শক্তির হিসাব। সুতরাং অতটুকু পরমাণুর ভেতরেও অনায়াসে লুকিয়ে থাকতে পারে বিপুল পরিমাণ শক্তি। সেই শক্তিই আসলে তেজস্ক্রিয় রশ্মি আকারে বেরিয়ে আসে। ফলে ক্ষয় হতে থাকে তেজস্ক্রিয় পরমাণুর। এর চেয়ে আরো বেশি জানতে হলে, নিউক্লিয়াস সম্পর্কে জানতে হবে। কিন্তু নিউক্লিয়াসের আলোচনা আমরা পরবর্তী অধ্যায়ে করব। তারচেয়ে বরং একটু পেছনে ফেরা যাক। তেজস্ক্রিয়তা সম্পর্কে আরো চমক আছে।

পাঠক, উইলিয়াম ক্রুকসের কথা মনে আছে নিশ্চয়ই। বায়ুশূন্য ক্যাথোড টিউবের জন্য যিনি বিখ্যাত হয়েছিলেন। সেই ক্রুকসও ইউরেনিয়াম ধাতু নিয়ে কাজ করছিলেন। তিনি ইউরেনিয়ামযুক্ত যৌগ থেকে বিশুদ্ধ ইউরেনিয়াম বের করার চেষ্টা চালিয়ে যাচ্ছিলেন। তিনি আসলে পুরোপুরি বিশুদ্ধ ইউরেনিয়াম খুঁজছিলেন। ইউরেনিয়াম যৌগ থেকে ভেজাল নির্মূলের নানা পদ্ধতি অবলম্বন করলেন তিনি। ১৯০০ সাল নাগাদ তিনি নতুন একটা তথ্য পেলেন। যে ইউরেনিয়াম যতবেশি বিশুদ্ধ তাঁর তেজস্ক্রিয় রশ্মি বিকিরণের হারও কম। এই ঘটনা থেকে ক্রুকস একটা সিদ্ধান্তে এলেন। তিনি বললেন, ইউরেনিয়াম তেজস্ক্রিয় রশ্মির উৎস নয়। বরং ইউরেনিয়ামের সাথে যেসব দ্রব্য ভেজাল থাকে, সেগুলোই রশ্মি বিকিরণ করে।

ক্রুকসের কথাটা মানতে পারলেন না বেকরেল। তিনিই তো ইউরেনিয়ামের তেজস্ক্রিয় ধর্ম আবিষ্কার করেছিলেন। তিনি ক্রুকসের পরীক্ষাটা নিজে করলেন। এবং দেখলেন ক্রুকসের কথা ঠিক। বিশুদ্ধ ইউরেনিয়ামের তেজস্ক্রিয় ধর্ম কমে যায়। কিন্তু কিছুটা সময় দিলে সেই ইউরেনিয়াম আবার আগের মতো তেজস্ক্রিয় হয়ে ওঠে।

এ বিষয়টাতেও হাত লাগিয়েছিলেন রাদারফোর্ড। এবার তাঁর সাথে যোগ দেন বিট্রিশ রসায়নবিদ ফ্রেডেরিখ সডি। ইউরেনিয়ামের ওই বৈশিষ্ট্য থোরিয়ামেও দেখা যায়। বিশুদ্ধ থোরিয়ামে কমে যায় তেজস্ক্রিয় বৈশিষ্ট্য। কিন্তু কিছুক্ষণ পর ফের ফিরে আসে আসল রূপে। রাদারফোর্ড আর সডি তখন অন্যরকম এক প্রস্তাব দিলেন। সেই সময়ের জন্য সেটা অবিশ্বাস্য! অনেকের কাছে অলৌকিক।

রাদারফোর্ড-সডি বললেন তেজস্ক্রিয় রশ্মি বিকিরণের করতে করতে বদলে যায় পরমাণুর আসল ধর্ম। এক ধরনের পরমাণু পাল্টে সম্পূর্ণ ভিন্ন একটা মৌলের পরমাণুতে পরিণত হয়। নতুন এই পরমাণুটিও তেজস্ক্রিয়। তার রশ্মি বিকিরণ ক্ষমতা মূল পরমাণু থেকেও বেশি। এই বিষয়টাই বুঝতে ভুল হয়েছিল ক্রুকসের। ইউরেনিয়াম যৌগ নিয়ে পরীক্ষা করছিলেন তিনি। তেজস্ক্রিয় রশ্মি বিকিরণ করে ইউরেনিয়াম নতুন কোনো মৌলে পরিণত হয়ে যাচ্ছিল। ক্রমেই কমে যাচ্ছিল ইউরেনিয়াম পরমাণুর সংখ্যা। ক্রুকস যৌগ থেকে বিশুদ্ধ ইউরেনিয়াম খুঁছিলেন। ইউরেনিয়াম ধর্ম পরিবর্তন করে সম্পূর্ণ আলাদা কোনো মৌলে পরিণত হতে পারে, এ বিষয়টা ক্রুকস ভাবতেই পারেননি। তাই তিনি ভেজাল মনে করে উৎপাদিত নতুন মৌলটিকেও সরিয়ে ফেলছিলেন। সুতরাং তার হাতে পড়ে থাকছিল খুব সামান্য পরিমাণ ইউরেনিয়াম। এজন্যই ভেজালযুক্ত ইউরেনিয়ামের চেয়ে বিশুদ্ধ ইউরেনিয়ামের রশ্মি বিকিরণ করার ক্ষমতা তিনি অনেক কম দেখছিলেন। অন্যদিকে ভেজলগুলো পরীক্ষা করে দেখছিলেন সেগুলো রশ্মি বিকিরণ করছে। তাই তিনি ভেবেছিলেন, তেজস্ক্রিয়াতর উৎস ইউরেনিয়াম নয়, তার সাথে লেগে থাকা ভেজালই মূল উৎস।

ফ্রেডেরিখ সডি

ফ্রেডেরিখ সডি

রাদারফোর্ড আর সডির প্রস্তাব অনেকই মানতে চাইলেন না। কিন্তু তাঁরা হাতে-কলমে প্রমাণ দেখিয়ে দিলেন। তাঁরা দেখালেন, ইউরেনিয়াম আর থোরিয়াম তেজস্ক্রিয় রশ্মি ক্ষয় করে এমন একটা পদার্থের জন্ম দিচ্ছে, যেটা স্থিতিশীল। অর্থাৎ সেটা রশ্মি বিকিরণ করতে পারে না। তাঁরা আবিষ্কার করলেন সেই স্থিতিশীল মৌলটা হলে লেড বা সীসা। ইউরেনিয়াম ও থোরিয়াম উভয়ের শেষ পরিণতি সিসা। কিন্তু এর সিসা পর্যন্ত পৌছানোর আগেই তাঁরা আরো কিছু তেজস্ক্রিয় মৌল আবিষ্কার করেন। সেগুলো ইউরেনিয়াম কিংবা থোরিয়ামের তেজস্ক্রিয় রশ্মি বিকিরণের ফলেই উৎপন্ন হয়।

থোরিয়াম পরমাণুর সীসায় পরিণত হওয়ার বিভিন্ন পর্যায়

থোরিয়াম পরমাণুর সীসায় পরিণত হওয়ার বিভিন্ন পর্যায়

রাদারফোর্ড-সডি মধ্যবর্তী তেজস্ক্রিয় রশ্মিও আবিষ্কার করে ফেললেন। সে দুটো হলো পোলেনিয়াম আর রেডিয়াম। কুরি দম্পত্তি এ দুটো আগেই আবিষ্কার করেছিলেন। কিন্তু তাঁরা জানতেন না, এরা ইউরেনিয়াম বা থোরিয়ামের ক্ষয়ের ফলে উৎপন্ন হতে পারে।

রাদারফোর্ড-সডির এই আবিষ্কার করে দিল রাসায়নিক পদার্থবিজ্ঞানের জগৎকে। বিশেষ করে পরমাণুর গঠন নিয়ে মহা চিন্তায় পড়ে গেলেন বিজ্ঞানীরা। বহু বহু বছর ধরে বিজ্ঞানীরা বলে আসছেন পরমাণু অবিভাজ্য কণা। তাতে ইলেকট্রন নামের একটা উপদ্রব হানা দিয়েছে। যদিও ইলেকট্রনের উৎপাত বিষয়ে তখনো স্বচ্ছ ধারণা করা যায়নি। নিশ্চিত হওয়া যায়নি ইলেকট্রন কোথায় থাকে। তবে রাসায়নিক ক্রিয়াকর্মের জন্য ইলেকট্রন আবিষ্কার ছিল আশির্বাদস্বরূপ। কিন্তু মৌলিক পদার্থের এভাবে বদলে যাওয়া যে বিভীষিকা!
এর ব্যাখ্যা কী?

ব্যাখ্যা জানতে হলে বুঝতে হবে পরমাণুর গঠন। বুঝতে হবে নিউক্লিয়াস নামের এক জমাট ভারী কেন্দ্রবিন্দুকে। পরের অধ্যায়ে সেই অনুসন্ধান চালাবেন সত্যিকারের সুপারম্যান আর্নেস্ট রাদারফোর্ড। পরমাণু গভীরে ঢুকে।

[বইটির সূচীপত্র এবং সবগুলো খন্ডের লিংক একত্রে দেখুন এখানে]

-আব্দুল গাফফার রনি
বিজ্ঞান লেখক
[লেখকের ফেসবুক প্রোফাইল]

Share.

মন্তব্য করুন