கடந்த காலச் சூப்பர்நோவாக்கள் அனைத்தும் விட்டுச்சென்ற நியூட்ரினோக்களின் ஒரு மங்கலான அறிகுறி

ஒவ்வொரு வினாடியும் சில முறை, காணக்கூடிய பிரபஞ்சத்தில் (observable universe) எங்கோ ஒரு விண்மீனின் உள்ளகம் சுருங்கி வீழ்கிறது. ஒவ்வொரு வீழ்ச்சியும் மாபெரும் அளவு ஆற்றலை — சுமார் 10⁵³ erg (10⁴⁶ ஜூல்) — வெளியிடும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது; அதில் சுமார் 99%-ஐ நியூட்ரினோக்கள் எடுத்துச் செல்கின்றன: ஏறக்குறைய நிறையற்ற, கிட்டத்தட்ட எல்லாப் பொருள்களையும் ஊடுருவிச் செல்லும் துகள்கள் அவை. ஆனாலும் அருகிலுள்ள சூப்பர்நோவாக்களிலிருந்து திடீர் நியூட்ரினோப் பெருக்குகள் ஒரு நூற்றாண்டுக்குச் சில முறை மட்டுமே வந்து சேர்கின்றன. SN 1987A சூப்பர்நோவாவிலிருந்து பிடிக்கப்பட்ட 24 நியூட்ரினோக்களுக்குப் பிறகு, சூப்பர்நோவா நியூட்ரினோக்களை மீண்டும் பிடிப்பது நியூட்ரினோ வானியலின் மைய இலக்காக இருந்து வருகிறது.

விண்மீன்கள் உருவாகத் தொடங்கியதிலிருந்து நிகழ்ந்த ஒவ்வொரு வீழ்ச்சியின் கூட்டுத்தொகை

இன்னொரு வழியும் உண்டு. விண்மீன் உருவாக்கம் தொடங்கியதிலிருந்து நிகழ்ந்த எல்லா உள்ளக வீழ்ச்சிகளின் நியூட்ரினோக்களையும் கூட்டினால், பரவிய சூப்பர்நோவா நியூட்ரினோ பின்னணி (diffuse supernova neutrino background, DSNB) கிடைக்கிறது: எல்லாத் திசைகளிலிருந்தும் சமமாக வந்து சேரும் நிலையான ஒரு பாயம் (flux). அதன் நிறமாலை — ஒவ்வோர் ஆற்றலிலும் எத்தனை நியூட்ரினோக்கள் — விண்மீன்கள் எவ்வாறு சுருங்கி வீழ்கின்றன, வீழ்ச்சிகளில் எந்தப் பங்கு கருந்துளைகளை (black holes) உருவாக்குகிறது, விண்மீன் திரள்களின் வேதியியல் எவ்வாறு பரிணமித்தது என்பவை பற்றி ஏதோ ஒன்றைச் சொல்லும்.

பல கணிப்புகள் உள்ளன. நீர், திரவ ஒளிர்வுப் பொருள் (liquid scintillator) உணரிகளில் தேடல்கள் நடத்தப்பட்டுள்ளன; ஆனால் இதுவரை எதுவும் குறிப்பிடத்தக்க ஒரு மிகுதியைக் கண்டறியவில்லை; இந்தத் தேடலும், கீழே காட்டப்படுவது போல, இன்னும் ஓர் அறிகுறி மட்டுமே.

ஒரு மின்னல், பின்னர் ஒரு நியூட்ரான்

ஒரு வீழ்ச்சி எல்லா வகை நியூட்ரினோக்களையும் உமிழ்கிறது. பெரும்பாலான தேடல்கள், இதுவும் உட்பட, அவற்றில் ஒன்றான எலக்ட்ரான் எதிர்நியூட்ரினோவை (ν̄e) ஒரு புரோட்டான் மீதான வினையின் மூலம் இலக்காகக் கொள்கின்றன:

ν̄e + p → e⁺ + n

புரோட்டான் ஒரு பாசிட்ரானாகவும் (e⁺, நேர் மின்னூட்டம் கொண்ட எலக்ட்ரான்) ஒரு நியூட்ரானாகவும் மாறுகிறது. இங்கே முக்கியமான ஆற்றல் வரம்பில் — ஏறக்குறைய 10 முதல் 30 MeV (மில்லியன் எலக்ட்ரான்வோல்ட்டுகள்) — இந்த வினை, ஒரு நியூட்ரினோ ஓர் எலக்ட்ரானில் மோதித் தெறிப்பதை விட சுமார் நூறு மடங்கு அதிகச் சாத்தியமுள்ளது.

Super-Kamiokande (SK) என்பது ஒளி உணரிகளால் கண்காணிக்கப்படும், நீர் நிரம்பிய ஒரு மாபெரும் தொட்டி; ஜப்பானின் கிஃபுவில் (Gifu) உள்ள காமியோகா (Kamioka) சுரங்கத்தில் அது அமைந்துள்ளது; இந்தப் பகுப்பாய்வு அதன் நீரில் 22.5 கிலோடன்களைப் பயன்படுத்துகிறது. நீரைக் கடக்கும் வேகமான மின்னூட்டத் துகள் ஒன்று, செரன்கோவ் ஒளி (Cherenkov light) எனப்படும் மங்கலான ஒளிக் கூம்பை வெளியிடுகிறது: பாசிட்ரானின் ஒளிக் கூம்பு, ஒளிப்பெருக்கிக் குழாய்களால் (photomultiplier tubes — அந்த ஒளி உணரிகள்) பதிவு செய்யப்படுகிறது. சற்று நேரம் கழித்து நியூட்ரான் ஓர் அணுக்கருவால் பிடிக்கப்படுகிறது; அந்தக் கரு இரண்டாவது, மேலும் மங்கலான ஒளி வீச்சை வெளியிடுகிறது: தூய நீரில் சுமார் 200 மைக்ரோ வினாடிகளுக்குப் பிறகு; நியூட்ரான்களை மிக எளிதாகப் பிடிக்கும் உலோகமான கடோலினியம் (gadolinium) 0.033% அளவில் அதில் கரைக்கப்பட்டதும், சுமார் 60 மைக்ரோ வினாடிகளுக்குப் பிறகு. மின்னலையும் பின்னர் பிடிப்பையும் காண்பது — “நியூட்ரான் குறியிடல்” (neutron tagging) — முக்கியமானது; ஏனெனில் எதிர்பார்க்கப்படும் சமிக்ஞை ஆண்டுக்குச் சில நிகழ்வுகள் மட்டுமே.

ஆறு கட்டங்களில் 5,003 நாட்கள்

தரவுகள் 2008 அக்டோபர் முதல் 2026 மார்ச் வரை நீள்கின்றன: ஆறு கட்டங்களில் 5,003.0 நாட்கள் பதிவு. முதல் இரண்டு கட்டங்கள் தூய நீரைப் பயன்படுத்தின. பின்னர் கடோலினியம் சல்பேட் அதில் கரைக்கப்பட்டது: 13 டன், பின்னர் மேலும் 26.1 டன்; இது கடோலினியத்தால் பிடிக்கப்படும் நியூட்ரான்களின் பங்கை 50%-இலிருந்து 75%-ஆக உயர்த்தியது. குறியிடப்பட்ட நியூட்ரான்களின் பங்கும் அதனுடன் உயர்ந்தது: தூய நீரில் 10–30%, மிக உயர்ந்த செறிவில் 60–70%. 2023 அக்டோபரில், உணரியைச் சுற்றி பூமியின் காந்தப்புலத்தை ஈடுசெய்யும் சுருள்களில் ஏற்பட்ட ஒரு கோளாறு, பழுது நீக்கப்படும் வரை 191.8 நாட்களுக்குச் சில உணரிகளை மங்கச் செய்தது.

ஆறு கட்டங்களிலும் குவியும் வேட்பு நிகழ்வுகள் (candidate events): மொத்தம் (நீலம்), சரியாக ஒரு குறியிடப்பட்ட நியூட்ரானுடன் (சிவப்பு) அல்லது அது இல்லாமல் (பச்சை); கடோலினியம் சேர்ப்புகளுக்குப் பிறகு சிவப்புக் கோடு செங்குத்தாகிறது. — படம் 4, Abe et al. (2026), arXiv:2610.35619.

மில்லியன் மடங்கு அதிகமாகக் காணப்படும் போலிகள்

அண்டக் கதிர் மியூவான்கள் (cosmic-ray muons — எலக்ட்ரானின் கனமான உறவினர்கள்; அண்டக் கதிர்கள் மேல் வளிமண்டலத்தைத் தாக்கும்போது உருவாகுபவை) நீரில் உள்ள ஆக்சிஜன் அணுக்கருக்களைக் கதிரியக்க ஓரிடத்தான்களாக (isotopes) உடைக்கின்றன; சுமார் 20 MeV-க்குக் கீழே, அவற்றின் சிதைவுகள் எதிர்பார்க்கப்படும் சமிக்ஞையை ஒன்றுக்கு மில்லியன் என்ற விகிதம் வரை எண்ணிக்கையில் மிஞ்சுகின்றன. பெரும்பாலானவை எந்த நியூட்ரானையும் உமிழ்வதில்லை; எனவே ஒரு நியூட்ரானைக் கட்டாயமாக்குவது அவற்றை நீக்குகிறது. லித்தியம்-9 விதிவிலக்கு: அது ஓர் எலக்ட்ரானையும் கூடவே ஒரு நியூட்ரானையும் உண்டாக்கிச் சிதைகிறது — சமிக்ஞையின் கச்சிதமான நகல் (அரை ஆயுள்: 0.178 வினாடி).

வளிமண்டல நியூட்ரினோக்கள் மற்றொரு பொறி. சில, ஓர் அணுக்கருவிலிருந்து ஒரு நியூட்ரானைத் தட்டி வெளியேற்றி, காமா கதிர்களை வெளியிடுகின்றன; இது மின்னல்-நியூட்ரான் இணையைப் போலியாக உருவாக்குகிறது. மற்றவை ஒரு மியூவானை உருவாக்குகின்றன; அது சில மைக்ரோ வினாடிகளுக்குள் ஓர் எலக்ட்ரானாகச் சிதைகிறது; ஒரு நியூட்ரானுடன் சேர்ந்தால், அந்த இணையும் சமிக்ஞையைப் போலவே தோன்றுகிறது. புதிய பகுப்பாய்வு இவற்றைச் சேர்க்கிறது:

• இந்தக் காமா-கதிர்ப் போலிகளுக்கான ஓர் இயந்திரக் கற்றல் (machine learning) வடிகட்டி; அது உண்மையான சமிக்ஞையில் 79%-க்குப் பதிலாக 89%-ஐத் தக்கவைக்கிறது; எஞ்சும் போலிகளைப் பாதியாக — 10%-இலிருந்து 5%-ஆக — குறைக்கிறது;
• ஒரு மியூவானின் சிதைவு எலக்ட்ரானை ஒரு கடோலினியம் பிடிப்பிலிருந்து வேறுபடுத்தி அறியும் ஒரு வழி; முன்பு சமிக்ஞையில் சுமார் 10%-ஐ இழக்கச் செய்த, நிகழ்வுகளை வெட்டி நீக்கும் முறைக்குப் பதிலாக;
• இறுக்கமான நிச்சயமின்மைகள்: இந்த வளிமண்டல நிகழ்வுகளின் விகிதத்தில் 70%-க்குப் பதிலாக 45%; எஞ்சிய லித்தியம்-9-இல் 50%-க்குப் பதிலாக 30%.

ஒரு தேர்வு எதிர்த் திசையில் செல்கிறது. தூய நீர் ஆண்டுகளில், சரியாக ஒரு குறியிடப்பட்ட நியூட்ரான் இல்லாத நிகழ்வுகளிடையே, 15.5 முதல் 21.5 MeV வரையிலான அளக்கப்பட்ட ஆற்றல்களில், பொருத்தம் (fit) ஒரு கூடுதல் பங்களிப்பைக் கண்டது — அங்கே எதிர்பார்க்கப்படும் சூப்பர்நோவா சமிக்ஞையின் அளவுக்கு ஏறக்குறையப் பெரியது; ஆசிரியர்களின் கூற்றுப்படி, பெரும்பாலும் இது அவர்களின் மாதிரி தவறவிடும், அண்டக் கதிர்கள் விட்டுச்செல்லும் எஞ்சிய சிதைவுப் பொருள். அந்த நிகழ்வுகளுக்கான ஆற்றல் வரம்பை அவர்கள் எல்லாக் கட்டங்களிலும் 21.5 MeV-ஆக உயர்த்தினர்; சரியாக ஒரு குறியிடப்பட்ட நியூட்ரான் கொண்ட நிகழ்வுகளுக்கு அதை 15.5-இலிருந்து 11.5 MeV-ஆகக் குறைத்தனர். இரண்டு மாற்றங்களும் சேர்ந்து, எதிர்பார்க்கப்படும் சமிக்ஞையில் 13.9%-ஐ இழக்கச் செய்கின்றன.

2.6 சிக்மா எதைச் சொல்கிறது, எதைச் சொல்லவில்லை

இறுதிப் பொருத்தம் எல்லாக் கட்டங்களையும், ஆறு தரவுப் பகுதிகளையும், ஏழு கூறுகளையும் ஒன்றுசேர்க்கிறது: சமிக்ஞையும் ஆறு பின்னணிகளும். சமிக்ஞையின் வடிவத்துக்கு ஒரு மேற்கோள் மாதிரியைக் (Horiuchi-உம் சகாக்களும், 2009) கொண்டு:

• மிகச் சிறந்த பொருத்தப் பாயம்: 13.3 MeV-க்கு மேலே ஒரு சதுர சென்டிமீட்டருக்கு, ஒரு வினாடிக்கு 3.6 (+1.6/−1.5) எதிர்நியூட்ரினோக்கள், அல்லது SK-இல் ஆண்டுக்கு 4.8 (+2.2/−2.0) நிகழ்வுகள்;
• முக்கியத்துவம் (significance): 2.6 சிக்மா;
• கடோலினியக் கட்டங்கள் மட்டும் (1,653.7 நாட்கள்): 2.2 சிக்மா; தூய நீர்க் கட்டங்கள் மட்டும் (3,349.3 நாட்கள்): 1.4 சிக்மா — கடோலினியத்தின் மிகச் சிறந்த நியூட்ரான் குறியிடல், அதன் குறுகிய இயக்கக் காலத்தை விஞ்சுகிறது;
• வேறு இரண்டு சமிக்ஞை வடிவங்கள் 2.7, 2.6 சிக்மா தருகின்றன;
• மேற்கோள் மாதிரி கணிக்கும் 2.1 முதல் 3.9 வரையிலான வரம்பின் மேல் முனைக்கு அருகே பாயம் அமைகிறது.

2.6 சிக்மா என்றால் என்ன? SK பின்னணியை மட்டுமே பதிவு செய்துகொண்டிருந்தால் — சூப்பர்நோவா நியூட்ரினோக்கள் எதுவுமே இல்லாமல் — இது போன்ற தரவுகள் கிடைப்பது சாத்தியம் குறைவு: அந்த “பின்னணியைத் தவிர வேறொன்றுமில்லை” என்ற கருதுகோளை ஆசிரியர்கள் 99.5% நம்பக நிலையில் சாதகமற்றதாகக் காண்கின்றனர். அதனால்தான் அவர்கள் இதை ஒரு கவனிப்பு (observation) என்று அல்லாமல், ஓர் அறிகுறி (indication) என்று அழைக்கின்றனர் — அவர்களின் சொற்களில், இந்தச் சமிக்ஞைக்கான முதல் அறிகுறி.

ஒவ்வொரு பாயமும் தரவுகளுடன் எவ்வளவு மோசமாகப் பொருந்துகிறது (கருப்பு: எல்லாக் கட்டங்களும்; புள்ளிக்கோடுகள்: ஒவ்வொரு கட்டமும் தனியாக): வளைவு 3.6-க்கு அருகே அடிமட்டத்தை எட்டுகிறது; பூஜ்ஜியப் பாயத்தில் அது 2-சிக்மா, 3-சிக்மா கோடுகளுக்கு இடையே உயர்கிறது. — படம் 5, Abe et al. (2026), arXiv:2610.35619.

தோராயமான ஓர் எண்ணிக்கை, பலவீனமான ஒரு முரண்

சமிக்ஞைக்கு எந்த வடிவத்தையும் அனுமானிக்காத ஒரு குறுக்குச் சரிபார்ப்பு — 13.3 முதல் 31.3 MeV வரை, ஒரு குறியிடப்பட்ட நியூட்ரான் கொண்ட வேட்பு நிகழ்வுகளை வெறுமனே எண்ணி, எதிர்பார்க்கப்படும் பின்னணியுடன் ஒப்பிடுவது — வெறும் 1.8 சிக்மா முரணையே தருகிறது. மேலும் 17.3 MeV-க்கு மேலே, ஒரு சதுர சென்டிமீட்டருக்கு, ஒரு வினாடிக்கு 1.8 (+0.8/−0.7) என்ற புதிய பாயம், கடோலினியத் தரவுகளை மட்டுமே கொண்டு இந்தக் கூட்டமைப்பு முன்பு நடத்திய தேடல் கண்டறிந்த 1.4 (+1.5/−1.2)-உடன் அதன் நிச்சயமின்மைகளுக்குள் ஒத்துப்போகிறது.