आइसक्यूब (IceCube): अंटार्कटिका की बर्फ में दबी एक न्यूट्रिनो दूरबीन

IceCube एक न्यूट्रिनो डिटेक्टर है, जो दक्षिणी ध्रुवपर है। यह अमुंडसेन-स्कॉट दक्षिणी ध्रुव स्टेशन (Amundsen-Scott South Pole Station) के पास स्थित है। यह एक घन किलोमीटर बर्फमें फैला है। IceCube खुद को एक घन किलोमीटर आकार की पहली और अब तक की एकमात्र न्यूट्रिनो दूरबीन बताता है।

इसका आकार कितना बड़ा है?

• 86 केबलें (लंबे तार) बर्फ में लटकी हैं।
• हर केबल पर 60 सेंसर लगे हैं, इसलिए कुल 5,160 सेंसर हैं।
• हर सेंसर एक डिजिटल ऑप्टिकल मॉड्यूल (DOM) है। इसमें प्रकाश का पता लगाने वाला उपकरण और एक छोटा कंप्यूटर होता है।
• सेंसर सतह से 1,450 m और 2,450 m के बीच की गहराई पर लगे हैं।
• सेंसरों के ऊपर की बर्फ डिटेक्टर को सतह पर मौजूद प्राकृतिक विकिरण से बचाने में मदद करती है।

इसे कौन चलाता है?

• लगभग 450 लोग , जो 14 देशों के 58 संस्थानों से जुड़े हैं, मिलकर IceCube Collaboration बनाते हैं।
• अमेरिका के राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन (National Science Foundation) ने मुख्य धनराशि दी।
• पूरी परियोजना की लागत थी $279 million.

न्यूट्रिनो बहुत छोटे कण हैं, जिन पर कोई विद्युत आवेश नहीं होता। वे केवल दुर्बल नाभिकीय बल और गुरुत्वाकर्षणके ज़रिए अन्य पदार्थों से परस्पर क्रिया करते हैं। पदार्थ के साथ ऐसी क्रियाएँ बहुत कम होती हैं। इसलिए न्यूट्रिनो पदार्थ से लगभग बिना किसी क्रिया के गुज़र जाते हैं।

वे अंतरिक्ष से जानकारी लाने में कैसे उपयोगी हैं?

• चुंबकीय क्षेत्र उनका रास्ता नहीं मोड़ते, इसलिए वे अपने स्रोत से सीधी रेखाओं में चलते हैं।
• पदार्थ उन्हें बहुत कम अवशोषित करता है।
• आवेशित कॉस्मिक किरणें अलग होती हैं। चुंबकीय क्षेत्र उनके रास्ते मोड़ देते हैं, इसलिए यह पता नहीं लगाया जा सकता कि वे कहाँ से आई हैं।
• इसलिए उच्च ऊर्जा वाले न्यूट्रिनो की दिशा से पता चलता है कि वह कहाँ बना था।

ये कितनी बड़ी संख्या में मौजूद हैं?

• लगभग 100 ट्रिलियन न्यूट्रिनो हर सेकंड आपके शरीर से होकर गुजरते हैं।
• फिर भी, एक इंसान के आकार के डिटेक्टर में किसी एक न्यूट्रिनो की परस्पर क्रिया दर्ज होने में लगभग 100 साल लगेंगे।
• 2015 का भौतिकी का नोबेल पुरस्कार न्यूट्रिनो दोलन की खोज के लिए दिया गया था। इस खोज से पता चला कि न्यूट्रिनो में द्रव्यमान होता है।

IceCube न्यूट्रिनो को सीधे नहीं देखता। वह न्यूट्रिनो के कारण पैदा हुई प्रकाश की चमक को देखता है।

यह चमक क्या है?

कभी-कभी न्यूट्रिनो बर्फ से टकराकर आवेशित कण पैदा करता है। ये कण बर्फ में प्रकाश की गति से भी तेज चलते हैं। इनसे नीली चमक निकलती है, जिसे कहते हैं चेरेनकोव प्रकाश (Cherenkov light)। सेंसर इस प्रकाश को दर्ज करते हैं।

बर्फ ही क्यों?

1,400 m से नीचे की बर्फ बहुत शुद्ध और पारदर्शी है। इसमें प्रकाश दूर तक जाता है। इसलिए कुछ ही सेंसर बहुत बड़े क्षेत्र की निगरानी कर सकते हैं।

IceTop और DeepCore क्या हैं?

• IceTop बर्फ की सतह पर 81 स्टेशनों का समूह है, जो सेंसरों की लड़ियों के ऊपर स्थित हैं।
• DeepCore डिटेक्टर का भीतरी हिस्सा है, जहाँ सेंसर अधिक पास-पास लगे हैं।
• DeepCore कम ऊर्जा वाले न्यूट्रिनो का अध्ययन करता है, जिनकी ऊर्जा 10 से 100 GeV होती है।
• IceCube रोज लगभग 275 वायुमंडलीय न्यूट्रिनो का पता लगाता है, यानी साल में लगभग 100,000।

IceCube को कई ध्रुवीय गर्मियों के दौरान बनाया गया।

इसे किन चरणों में बनाया गया?

• 2004: अंटार्कटिका की गर्मियों के दौरान सेंसरों की पहली लड़ी बर्फ में उतारी गई।
• 2004 से 2011: टीमों ने बर्फ पिघलाकर 60 cm चौड़े और 2,450 m गहरे छेद बनाए। हर साल नवंबर से फरवरी तक सेंसर नीचे उतारे गए और सेंसरों की लड़ियों की जाँच की गई।
• 18 दिसंबर 2010: 86 लड़ियों में से आखिरी लड़ी बर्फ में उतारी गई।
• 13 मई 2011: पूरी तरह तैयार IceCube ने पूरी क्षमता से काम करना शुरू किया।

घटनाओं का समयक्रम क्या है?

• 2012: बर्ट (Bert) और अर्नी (Ernie) नाम के दो न्यूट्रिनो, जिनमें से प्रत्येक की ऊर्जा लगभग 1 PeV (1,000 TeV) थी, उस समय तक देखे गए सबसे अधिक ऊर्जा वाले न्यूट्रिनो थे।
• 2013: Science में प्रकाशित एक शोधपत्र में 30 TeV से अधिक ऊर्जा वाले 28 न्यूट्रिनो मिलने की जानकारी दी गई। इसने 4-सिग्मा स्तर पर इस संभावना को खारिज किया कि सभी न्यूट्रिनो केवल वायुमंडल में बने थे। नोबेल समिति के अनुसार, पहला प्रमाण 2013 में मिला था।
• 2018: 22 सितम्बर 2017 को देखे गए एक न्यूट्रिनो का स्रोत इस ब्लेज़ार में खोजा गया: TXS 0506+056, जो लगभग 4 अरब प्रकाश-वर्ष दूर है। यह अधिक ऊर्जा वाले ब्रह्मांडीय न्यूट्रिनो के किसी स्रोत का पहला प्रमाण था।
• 2021: 8 दिसम्बर 2016 को देखे गए लगभग 6.3 PeV ऊर्जा वाले एक इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो ने इसका प्रमाण दिया: ग्लैशो अनुनाद (Glashow resonance)। कणों की बौछार की मापी गई ऊर्जा 6.05 ± 0.72 PeV थी। शेल्डन ग्लैशो (Sheldon Glashow) ने 1960 में इस अनुनाद की भविष्यवाणी की थी।
• 2022: लगभग 80 न्यूट्रिनो इस आकाशगंगा की दिशा से आते दिखे: NGC 1068 (M77), जो 47 मिलियन प्रकाश-वर्ष दूर है। संयोग की संभावना के समग्र आकलन में परिणाम की सांख्यिकीय सार्थकता 4.2 सिग्मा थी।
• 2023: IceCube को इस दिशा से आने वाले न्यूट्रिनो मिले: हमारी आकाशगंगा के समतल, और प्रमाण का स्तर 4.5-सिग्मा था।

“सिग्मा” हमें क्या बताता है?

सिग्मा बताता है कि किसी परिणाम के केवल संयोग से मिलने की संभावना कितनी कम है। अधिक संख्या का अर्थ है अधिक मजबूत प्रमाण। NGC 1068 का 4.2 सिग्मा वाला परिणाम मजबूत प्रमाण है, पक्की खोज नहीं।

2026 में क्या हुआ?

फ्रांसिस हाल्ज़ेन (Francis Halzen), जो IceCube के प्रमुख शोधकर्ता हैं, ने 2026 का भौतिकी का नोबेल पुरस्कार जीता। इसकी घोषणा 6 अक्टूबर 2026 को हुई। IceCube उन्हें यह विचार देने और साबित करने का श्रेय देता है कि बर्फ से अधिक ऊर्जा वाले न्यूट्रिनो का पता लगाया जा सकता है।

आम अर्थ में नहीं। IceCube एक न्यूट्रिनो दूरबीन है। डार्क मैटर का अध्ययन इसके कई शोध कार्यक्रमों में से एक है।

IceCube डार्क मैटर की खोज कैसे कर सकता है?

• डार्क मैटर को सीधे नहीं देखा जा सकता।
• डार्क मैटर के कण यहाँ जमा हो सकते हैं: सूर्य, या यहाँ: पृथ्वी का क्रोड, आकाशगंगा का बाहरी प्रभामंडल या आकाशगंगाओं के समूह।
• वहाँ वे एक-दूसरे से मिलकर नष्ट हो सकते हैं या क्षय होकर सामान्य कणों में बदल सकते हैं।
• इन सामान्य कणों से फिर अतिरिक्त न्यूट्रिनो बन सकते हैं।
• IceCube इसी तरह के संकेत की खोज करता है: न्यूट्रिनो की सामान्य से अधिक संख्या.

अब तक क्या मिला है?

IceCube को डार्क मैटर नहीं मिला है। इसकी खोजों से कुछ सीमाएँ तय हुई हैं। सूर्य से जुड़े एक अध्ययन में 2011 से 2014 के बीच के 532 दिनों के आँकड़ों का उपयोग किया गया। इसने डार्क मैटर के कणों के प्रोटॉन से टकराकर बिखरने की संभावना की ऊपरी सीमाएँ बताईं। 2026 के एक अध्ययन ने मॉडल की मदद से अनुमान लगाया कि IceCube Upgrade क्या कर सकता है। यह पहचानने की क्षमता का अनुमान है, कोई वास्तविक परिणाम नहीं।

INO क्या है?

यह परियोजना, भारत स्थित न्यूट्रिनो वेधशाला (India-based Neutrino Observatory, INO) , एक प्रस्तावित परियोजना थी। उपलब्ध नवीनतम आधिकारिक बयानों (PIB 2019 और 2020) के समय तक इसका निर्माण नहीं हुआ था। इसके तहत तमिलनाडु के थेनी जिले की बोडी वेस्ट पहाड़ियों में पोट्टीपुरम में एक भूमिगत प्रयोगशाला बननी थी।

• इसके डिटेक्टर ICAL में इस्तेमाल होना था: चुम्बकित लोहा लगभग 50,000 टन का कैलोरीमीटर।
• प्रतिरोधक प्लेट कक्ष (Resistive Plate Chambers) लोहे की प्लेटों के बीच लगे होते हैं।
• यह पता लगाएगा वायुमंडलीय न्यूट्रिनो का.
• यह लगभग 1,200 m मोटी चट्टान के नीचे स्थित होगा।
• इसलिए यह बर्फ में नहीं है और IceCube का हिस्सा भी नहीं है।

INO का काम कहाँ तक पहुँचा है?

• 5 जनवरी 2015 की INO प्रेस विज्ञप्ति में केंद्रीय मंत्रिमंडल की मंजूरी की घोषणा की गई थी।
• राष्ट्रीय हरित अधिकरण (National Green Tribunal) ने 2 नवंबर 2018 को फैसला दिया था। उस समय राष्ट्रीय वन्यजीव बोर्ड (National Board for Wildlife) की मंजूरी अभी भी जरूरी थी।
• 2019 के PIB नोट में कहा गया था कि उस समय भारत में कोई अन्य न्यूट्रिनो डिटेक्टर नहीं था।
• अप्रैल 2025 की IceCube की 58 सदस्य संस्थाओं की सूची में भारत शामिल नहीं है।

IceCube Upgrade क्या है?

• इसमें जोड़ी गई हैं पाँच नई स्ट्रिंग जो डिटेक्टर समूह के निचले हिस्से के बीच में हैं।
• इसमें 600 से अधिक नए सेंसर और मापन की सटीकता जाँचने वाले उपकरण जोड़े गए हैं।
• इसे 2023 से 2026 के बीच तीन कार्य सत्रों में बनाया गया। हर सत्र 10 सप्ताह का था।
• इससे कम ऊर्जा वाले न्यूट्रिनो का भी पता लगाया जा सकता है और बर्फ में प्रकाश के व्यवहार का मापन अधिक सटीक होता है।

Gen2 क्या है?

IceCube-Gen2 एक प्रस्ताव है। अगर यह बना, तो यह फैलेगा आठ घन किलोमीटर बर्फ में, जहाँ सेंसर एक-दूसरे से 250 m से अधिक दूरी पर होंगे।

अच्छे स्रोतों की जानकारी में भी कभी-कभी अंतर होता है। यहाँ मुख्य उदाहरण दिए गए हैं।

सबसे ऊपर के सेंसर कितनी गहराई पर हैं?

IceCube के संक्षिप्त तथ्यों वाले पृष्ठ पर 1,450 m लिखा है। इसके अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्नों वाले पृष्ठ पर लगभग 1,500 m लिखा है। इस पाठ में 1,450 m से 2,450 m की गहराई दी गई है।

IceCube कब बनकर तैयार हुआ?

आखिरी स्ट्रिंग 18 दिसंबर 2010 को लगाई गई थी। पूरी क्षमता से काम 13 मई 2011 को शुरू हुआ। नोबेल के पृष्ठों पर इसके 2011 में पूरा होने की बात कही गई है।

NGC 1068 से कितने न्यूट्रिनो आए?

IceCube के शोध पृष्ठ पर 80 लिखा है। नोबेल की आम पाठकों के लिए दी गई जानकारी में 79 लिखा है। दोनों एक ही नतीजे का वर्णन करते हैं।

टीम कितनी बड़ी है?

परिचय पृष्ठ पर लगभग 450 लोग, 58 संस्थाएँ और 14 देश बताए गए हैं। डिटेक्टर पृष्ठ पर 40 से अधिक संस्थाएँ बताई गई हैं। 2023 की एक प्रेस विज्ञप्ति में 350 से अधिक वैज्ञानिक बताए गए थे।

ब्रह्मांड का कितना हिस्सा डार्क मैटर है?

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्नों के पृष्ठ पर डार्क मैटर को ब्रह्मांड का 23 प्रतिशत बताया गया है। शोध पृष्ठ पर लगभग 95 प्रतिशत पदार्थ को डार्क मैटर बताया गया है। 2026 की Upgrade संबंधी खबर में कुल पदार्थ का 85 प्रतिशत बताया गया है। इस पाठ में कोई एक आँकड़ा नहीं दिया गया है।

Upgrade कितना बड़ा है?

2019 की योजना में सात स्ट्रिंग और 700 से अधिक मॉड्यूल बताए गए थे। 2026 की विज्ञप्ति में पाँच स्ट्रिंग और 600 से अधिक सेंसर व उपकरण बताए गए हैं। इस पाठ में वास्तव में बने उपकरणों की संख्या दी गई है।

INO से जुड़े किन आँकड़ों में अंतर है?

डिटेक्टर का द्रव्यमान एक स्रोत में 50,000 टन और दूसरे में 51,000 टन है। सुरंग की लंबाई 2,100 m, 1,900 m या लगभग 2 km दी गई है। मंजूर लागत 1,500 करोड़ रुपये या 1,583.05 करोड़ रुपये दी गई है।

क्या IceCube “दुनिया का सबसे बड़ा” न्यूट्रिनो डिटेक्टर है?

IceCube के पृष्ठ इसे पहला और अब तक का एकमात्र घन-किलोमीटर आकार का न्यूट्रिनो टेलीस्कोप बताते हैं। वे “सबसे बड़ा” शब्द का इस्तेमाल नहीं करते। अन्य न्यूट्रिनो टेलीस्कोप पानी का उपयोग करते हैं।

UPSC ने 2015 में क्या पूछा था?

2015 के सामान्य अध्ययन प्रश्नपत्र I के Q30 में IceCube के बारे में तीन कथन दिए गए थे। कथन 1 में IceCube को दुनिया का सबसे बड़ा न्यूट्रिनो डिटेक्टर बताया गया था। कथन 2 में इसे डार्क मैटर की खोज करने वाला एक शक्तिशाली टेलीस्कोप बताया गया था। कथन 3 में कहा गया था कि यह बर्फ में गहराई में दबा है। IceCube के पृष्ठ कथन 3 और कथन 1 के घन-किलोमीटर आकार वाले हिस्से का समर्थन करते हैं। वे “सबसे बड़ा” नहीं कहते। डार्क मैटर की इसकी खोज अप्रत्यक्ष है और अब तक कोई डार्क मैटर नहीं मिला है। UPSC की आधिकारिक उत्तर कुंजी में उत्तर (d), 1, 2 और 3 है।