न्यूट्रिनोंना अवकाश-काळात फेस सापडला नाही

भौतिकशास्त्राकडे अजूनही क्वांटम गुरुत्वाकर्षणाचा कार्यक्षम सिद्धांत नाही. पण बहुतेक संभाव्य सिद्धांतांची एक समान अपेक्षा आहे: अत्यंत सूक्ष्म प्लांक पातळीवर (Planck scale) अवकाश-काळ गुळगुळीत राहत नाही आणि दोलायमान होऊ लागतो. भौतिकशास्त्रज्ञ याला अवकाश-काळाचा फेस म्हणतात. एक ठोस चित्र म्हणजे आभासी कृष्णविवरांची पार्श्वभूमी — सूक्ष्म आणि क्षणभंगुर, शक्य तितक्या कमी कालावधीत प्रकट होणारी आणि बाष्पीभवन पावणारी.

असे एकच दोलन लक्षात येण्यासाठी खूपच लहान असेल. पण लांबचा प्रवास करणारा कण त्यांचे परिणाम साठवू शकतो. त्याचे क्वांटम वर्तन हळूहळू सामान्य, अभिजात यादृच्छिकतेत विरून जाईल — या प्रक्रियेला डीकोहिरन्स (decoherence) म्हणतात.

पृथ्वी पार करणारे क्वांटम घड्याळ

न्यूट्रिनो हे आदर्श चाचणी कण आहेत. त्यांना विद्युतभार नसतो आणि त्यांना फक्त दुर्बल बल आणि गुरुत्वाकर्षण जाणवते, त्यामुळे ते संपूर्ण ग्रह विनाअडथळा पार करतात. आणि त्यांच्यात एक अंगभूत क्वांटम घड्याळ असते: एका “प्रकारात” (इलेक्ट्रॉन, म्युऑन किंवा टाउ) जन्मलेला न्यूट्रिनो प्रवास करताना इतर प्रकारांमध्ये दोलायमान होतो. हे दोलन एक व्यतिकरण (interference) परिणाम आहे. जर अवकाश-काळाच्या फेसाने वाटेत न्यूट्रिनोची क्वांटम अवस्था विस्कळीत केली, तर हे दोलन मंदावेल.

यासाठी सर्वोत्तम न्यूट्रिनो म्हणजे वातावरणीय न्यूट्रिनो, जे वैश्विक किरण वातावरणावर आदळतात तेव्हा तयार होतात. खालून वर येणाऱ्यांनी पृथ्वी पार केलेली असते — तिच्या पूर्ण व्यासापर्यंत — आणि ते अतिशय उच्च ऊर्जा गाठतात, जिथे प्लांक पातळीशी जोडलेले परिणाम सर्वात प्रबळ असतील अशी अपेक्षा आहे.

आइसक्यूब सहयोगाने (IceCube Collaboration) आभासी कृष्णविवर जाणाऱ्या न्यूट्रिनोचे काय करू शकेल याची दोन चित्रे तपासली: त्याला यादृच्छिकपणे एका निश्चित अवस्थेत बदलणे, किंवा त्याची अंतर्गत कला (phase) यादृच्छिक प्रमाणात सरकवणे.

वैश्विक-किरण वर्षावातून आलेला म्युऑन न्यूट्रिनो पृथ्वी पार करून आइसक्यूबपर्यंत पोहोचतो. वाटेत एखादे आभासी कृष्णविवर (VBH) त्याचा प्रकार बदलू शकते, त्याला एका वस्तुमान अवस्थेवर प्रक्षेपित करू शकते, किंवा त्याची कला सरकवू शकते. — आकृती 1, IceCube Collaboration (2026), arXiv:2610.14144.

हा परिणाम आपल्या पर्यावरणात गळती होणाऱ्या क्वांटम प्रणालींसाठीच्या एका मानक समीकरणाने, लिंडब्लाड समीकरणाने, वर्णन केला जातो:

ρ̇ = −i[H, ρ] − D[ρ]

पहिले पद सामान्य दोलन आहे; दुसरे, D, हे मंदन आहे. त्याची तीव्रता Γ ऊर्जेसोबत घातांकीय नियमाने वाढते असे गृहीत धरले आहे, Γ(E) = Γ₀ (E/E₀)ⁿ, आणि संघाने n = 0, 1, 2 आणि 3 तपासले. n = 2 ही स्थिती सर्वाधिक सैद्धांतिक आधार असलेली आहे, कारण ती अनेक स्ट्रिंग-सिद्धांत गणनांमध्ये दिसते.

3,68,071 न्यूट्रिनो, धूसरपणा नाही

आइसक्यूब म्हणजे 5,160 प्रकाश-सेन्सर्सनी लक्ष ठेवलेला एक घन किलोमीटर अंटार्क्टिक बर्फ. संघाने 10.7 वर्षांचा डेटा वापरला: पृथ्वीतून वर आलेले 3,68,071 म्युऑन न्यूट्रिनो, 0.5 ते 100 TeV ऊर्जेचे — या परिणामासाठी आइसक्यूबने आधी केलेल्या शोधापेक्षा दहापट जास्त. विश्लेषण अंधपणे (blind) केले गेले, आणि निकाल उघड करण्यापूर्वी प्रत्येक तपासणी उत्तीर्ण होणे आवश्यक होते.

निष्कर्ष: डेटा सर्वत्र सामान्य तीन-प्रकारी दोलनांशी जुळतो. जिथे डीकोहिरन्सचा परिणाम सर्वात तीव्र असेल तिथेही कोणतीही तूट नाही.

नवीन कमाल मर्यादा (लाल तारे) पूर्वीच्या प्रयोगांशी तुलना करून. n = 3 साठी, तारा “नैसर्गिक” प्लांक-पातळीवरील परिणाम दाखवणाऱ्या हिरव्या रेषेखाली येतो. — आकृती 6, IceCube Collaboration (2026), arXiv:2610.14144.

• n = 2 आणि n = 3 साठी, मर्यादा आइसक्यूबच्या आधीच्या मर्यादांपेक्षा दहापटीहून अधिक सुधारल्या. हा फायदा मुख्यतः सर्वोच्च ऊर्जेच्या न्यूट्रिनोंमुळे झाला.
• n = 2 साठी, दोन्ही मॉडेल्समध्ये, 1 TeV वर डीकोहिरन्सची तीव्रता 7.26 × 10⁻¹⁹ इलेक्ट्रॉनव्होल्टपेक्षा कमी असली पाहिजे.
• n = 3 साठी, मर्यादा आता “नैसर्गिक” प्लांक-पातळीवरील अपेक्षेच्या खाली पोहोचल्या — हे मूल्य असे गृहीत धरून मिळते की प्लांक ऊर्जेवर हा परिणाम प्लांक पातळीइतकाच प्रबळ होतो. n = 3 साठी ही पातळी गाठण्याची ही पहिलीच वेळ आहे.

अपेक्षेपेक्षा चांगले लपलेले

जर अवकाश-काळाचा फेस अशा प्रकारे न्यूट्रिनो दोलने मंदावत असेल, तर तो नैसर्गिक प्लांक-पातळीवरील अंदाजापेक्षा अधिक तीव्रतेने दडपलेला असला पाहिजे — एखाद्या अतिरिक्त यंत्रणेमुळे, किंवा साध्या घातांकीय नियमाचे पालन न करणाऱ्या ऊर्जा-अवलंबित्वामुळे. लेखक यांना या प्रकारच्या मॉडेल्सवरील आजवरच्या सर्वात कठोर मर्यादा म्हणतात.

या चाचणीत काही आंधळे कोपरे आहेत. आइसक्यूब न्यूट्रिनो आणि प्रतिन्यूट्रिनो एकेक करून वेगळे ओळखू शकत नाही, त्यामुळे विश्लेषण असे गृहीत धरते की दोघे सारखेच वागतात. आणि मॉडेल्स जाणूनबुजून साधी ठेवली आहेत, एकाच मंदन घटकासह. मोठे नमुने, विशेषतः नियोजित IceCube-Gen2 डिटेक्टरकडून, हा शोध आणखी पुढे नेतील.