ماضی کے تمام سپرنوواؤں کے چھوڑے ہوئے نیوٹرینو کا ایک مدھم اشارہ

قابلِ مشاہدہ کائنات میں کہیں نہ کہیں، ہر سیکنڈ میں چند بار، کسی ستارے کا مرکزہ منہدم ہوتا ہے۔ توقع ہے کہ ہر انہدام توانائی کی ایک بے پناہ مقدار، تقریباً 10⁵³ ارگ (10⁴⁶ جول)، خارج کرتا ہے، جس کا تقریباً 99% نیوٹرینو اپنے ساتھ لے جاتے ہیں، یعنی لگ بھگ بے کمیت ذرات جو تقریباً تمام مادے کے آر پار گزر جاتے ہیں۔ پھر بھی قریبی سپرنوواؤں سے نیوٹرینو کی بوچھاڑیں فی صدی صرف چند بار پہنچتی ہیں۔ سپرنووا SN 1987A سے پکڑے گئے 24 نیوٹرینو کے بعد سے، سپرنووا کے نیوٹرینو کو دوبارہ پکڑنا نیوٹرینو فلکیات کا ایک مرکزی ہدف رہا ہے۔

ستاروں کی تشکیل کے آغاز سے ہر انہدام کا مجموعہ

ایک اور راستہ بھی ہے۔ ستاروں کی تشکیل شروع ہونے کے بعد سے مرکزے کے تمام انہداموں کے نیوٹرینو جمع کریں، تو آپ کو منتشر سپرنووا نیوٹرینو پس منظر (diffuse supernova neutrino background، DSNB) ملتا ہے: ایک مستقل بہاؤ جو ہر سمت سے یکساں آتا ہے۔ اس کا طیف — ہر توانائی پر کتنے نیوٹرینو — اس بارے میں کچھ بتائے گا کہ ستارے کیسے منہدم ہوتے ہیں، انہداموں کا کتنا حصہ بلیک ہول بناتا ہے، اور کہکشاؤں کی کیمیا کیسے ارتقا پذیر ہوئی۔

بہت سی پیش گوئیاں موجود ہیں۔ پانی اور مائع سنٹیلیٹر (liquid scintillator) والے سراغ رسانوں (detectors) میں تلاشیں کی گئی ہیں، لیکن اب تک کسی کو کوئی نمایاں اضافہ نہیں ملا تھا، اور یہ والا بھی، جیسا کہ آگے دکھایا گیا ہے، ابھی صرف ایک اشارہ ہے۔

پہلے چمک، پھر نیوٹرون

انہدام ہر قسم کا نیوٹرینو خارج کرتا ہے۔ زیادہ تر تلاشیں، بشمول اس کے، ان میں سے ایک کو نشانہ بناتی ہیں، یعنی الیکٹران ضد نیوٹرینو (electron antineutrino، ν̄e)، ایک پروٹون پر ہونے والے تعامل کے ذریعے:

ν̄e + p → e⁺ + n

پروٹون ایک پوزیٹرون (e⁺، مثبت بار والا الیکٹران) اور ایک نیوٹرون میں بدل جاتا ہے۔ یہاں اہم توانائی کی حد میں، یعنی تقریباً 10 سے 30 MeV (ملین الیکٹران وولٹ)، یہ تعامل کسی نیوٹرینو کے الیکٹران سے ٹکرا کر اچٹنے کے مقابلے میں تقریباً سو گنا زیادہ ممکن ہے۔

Super-Kamiokande (SK) جاپان کے صوبے گیفو (Gifu) میں کامیوکا (Kamioka) کان کے اندر پانی کا ایک دیوہیکل ٹینک ہے جس پر روشنی کے سینسر نظر رکھتے ہیں؛ تجزیہ اس کے پانی کے 22.5 کلوٹن کو استعمال کرتا ہے۔ پانی میں سے گزرنے والا کوئی تیز رفتار باردار ذرہ روشنی کا ایک مدھم مخروط خارج کرتا ہے، جسے چیرینکوف (Cherenkov) روشنی کہا جاتا ہے: پوزیٹرون کی روشنی فوٹو ملٹی پلائر ٹیوبیں (یعنی روشنی کے سینسر) ریکارڈ کرتی ہیں۔ نیوٹرون کو تھوڑی دیر بعد کوئی ایٹمی مرکزہ جذب کر لیتا ہے، جو روشنی کی ایک دوسری، زیادہ مدھم جھلک خارج کرتا ہے: خالص پانی میں تقریباً 200 مائیکرو سیکنڈ بعد، اور جب اس میں گیڈولینیئم، یعنی ایک ایسی دھات جو نیوٹرون کو کہیں زیادہ آسانی سے پکڑتی ہے، 0.033% کی مقدار میں گھول دیا جائے تو تقریباً 60 بعد۔ چمک اور پھر جذب کو دیکھنا — “نیوٹرون ٹیگنگ” (neutron tagging) — اہم ہے، کیونکہ متوقع سگنل سال میں صرف چند واقعات ہے۔

چھ مراحل میں 5,003 دن

ڈیٹا اکتوبر 2008 سے مارچ 2026 تک کا ہے: چھ مراحل میں 5,003.0 دن کی ریکارڈنگ۔ پہلے دو مراحل میں خالص پانی استعمال ہوا۔ پھر اس میں گیڈولینیئم سلفیٹ گھولا گیا: 13 ٹن، پھر مزید 26.1 ٹن، جس سے گیڈولینیئم کے جذب کردہ نیوٹرونوں کا حصہ 50% سے 75% ہو گیا۔ اس کے ساتھ ٹیگ ہونے والے نیوٹرونوں کا حصہ بھی بڑھا: خالص پانی میں 10–30%، سب سے زیادہ ارتکاز پر 60–70%۔ اکتوبر 2023 میں، اُن کوائلوں کی خرابی نے جو سراغ رساں کے گرد زمین کے مقناطیسی میدان کو زائل کرتی ہیں، کچھ سینسروں کو 191.8 دن تک، مرمت ہونے تک، مدھم کر دیا۔

چھ مراحل میں جمع ہوتے امیدوار واقعات: کُل (نیلا)، ٹھیک ایک ٹیگ شدہ نیوٹرون کے ساتھ (سرخ) یا اس کے بغیر (سبز)؛ گیڈولینیئم کی شمولیت کے بعد سرخ لکیر زیادہ ڈھلوان ہو جاتی ہے۔ — شکل 4، Abe et al. (2026)، arXiv:2610.35619۔

دس لاکھ گنا زیادہ عام بہروپیے

کائناتی شعاعوں کے میوآن (muons؛ الیکٹران کے بھاری عم زاد، جو کائناتی شعاعوں کے بالائی فضا سے ٹکرانے پر بنتے ہیں) پانی میں آکسیجن کے مرکزوں کو تابکار ہم جاؤں (isotopes) میں توڑ دیتے ہیں، جن کے انحطاط تقریباً 20 MeV سے نیچے متوقع سگنل سے دس لاکھ گنا تک زیادہ ہوتے ہیں۔ ان میں سے زیادہ تر کوئی نیوٹرون خارج نہیں کرتے، اس لیے ایک نیوٹرون کی شرط انہیں ہٹا دیتی ہے۔ لیتھیم-9 استثنا ہے: یہ ایک الیکٹران اور ایک نیوٹرون میں انحطاط پذیر ہوتا ہے، جو سگنل کی ہوبہو نقل ہے (نصف زندگی: 0.178 سیکنڈ)۔

کرۂ ہوائی کے نیوٹرینو (atmospheric neutrinos) دوسرا جال ہیں۔ کچھ کسی مرکزے سے ایک نیوٹرون نکال دیتے ہیں اور گاما شعاعیں خارج کرتے ہیں، جو چمک اور نیوٹرون کے جوڑے کی نقل بن جاتی ہیں۔ کچھ دوسرے ایک میوآن پیدا کرتے ہیں، جو چند مائیکرو سیکنڈ کے اندر ایک الیکٹران میں انحطاط پذیر ہو جاتا ہے؛ ایک نیوٹرون کے ساتھ مل کر یہ جوڑا بھی سگنل کی نقل کرتا ہے۔ نیا تجزیہ یہ اضافے کرتا ہے:

• ان گاما شعاع بہروپیوں کے لیے ایک مشین لرننگ فلٹر، جو اصل سگنل کا 79% کے بجائے 89% برقرار رکھتا ہے اور باقی بچ جانے والے بہروپیوں کو آدھا کر دیتا ہے، 10% سے 5%؛
• میوآن کے انحطاط سے نکلے الیکٹران کو گیڈولینیئم کے جذب سے الگ پہچاننے کا ایک طریقہ، بجائے ان واقعات کو کاٹ دینے کے، جس پر پہلے سگنل کا تقریباً 10% خرچ ہوتا تھا؛
• کم غیر یقینیاں: ان کرۂ ہوائی واقعات کی شرح پر 70% کے بجائے 45%، اور باقی بچے لیتھیم-9 پر 50% کے بجائے 30%۔

ایک انتخاب الٹی سمت میں جاتا ہے۔ خالص پانی والے برسوں میں، ٹھیک ایک ٹیگ شدہ نیوٹرون کے بغیر واقعات میں، فٹ (fit) نے 15.5 اور 21.5 MeV کے درمیان ناپی گئی توانائیوں پر ایک اضافی حصہ پایا، جو تقریباً اتنا ہی بڑا تھا جتنا وہاں متوقع سپرنووا سگنل — مصنفین کے بقول غالباً کائناتی شعاعوں کا بچا کھچا ملبہ جسے ان کا ماڈل نظر انداز کر دیتا ہے۔ انہوں نے ہر مرحلے میں ان واقعات کی دہلیز بڑھا کر 21.5 MeV کر دی، اور ٹھیک ایک ٹیگ شدہ نیوٹرون والے واقعات کے لیے اسے 15.5 سے گھٹا کر 11.5 MeV کر دیا۔ ان دونوں تبدیلیوں پر مل کر متوقع سگنل کا 13.9% خرچ ہوتا ہے۔

2.6 سگما کیا کہتا ہے، اور کیا نہیں کہتا

حتمی فٹ تمام مراحل، ڈیٹا کے چھ خطوں اور سات اجزا کو یکجا کرتا ہے: سگنل اور چھ پس منظر۔ سگنل کی شکل کے لیے ایک حوالہ جاتی ماڈل (Horiuchi اور ساتھی، 2009) کے ساتھ:

• بہترین فٹ بہاؤ: 13.3 MeV سے اوپر 3.6 (+1.6/−1.5) ضد نیوٹرینو فی مربع سینٹی میٹر فی سیکنڈ، یعنی SK میں 4.8 (+2.2/−2.0) واقعات فی سال؛
• معنویت (significance): 2.6 سگما؛
• صرف گیڈولینیئم مراحل (1,653.7 دن): 2.2 سگما؛ صرف خالص پانی کے مراحل (3,349.3 دن): 1.4 سگما — گیڈولینیئم کی کہیں بہتر نیوٹرون ٹیگنگ اس کے کم دورانیے پر بھاری پڑتی ہے؛
• سگنل کی دو دوسری شکلیں 2.7 اور 2.6 سگما دیتی ہیں؛
• بہاؤ اس 2.1 سے 3.9 کی حد کے بالائی سرے کے قریب ہے جس کی پیش گوئی حوالہ جاتی ماڈل کرتا ہے۔

2.6 سگما کا کیا مطلب ہے؟ اگر SK صرف پس منظر ریکارڈ کر رہا ہوتا، بغیر کسی سپرنووا نیوٹرینو کے، تو ایسا ڈیٹا بعید از امکان ہوتا: مصنفین 99.5% کی اعتماد کی سطح پر اس “پس منظر کے سوا کچھ نہیں” مفروضے کو کمزور ٹھہراتے ہیں۔ اسی لیے وہ اسے مشاہدہ نہیں بلکہ ایک اشارہ کہتے ہیں — ان کے الفاظ میں، اس سگنل کا پہلا اشارہ۔

ہر بہاؤ ڈیٹا سے کتنا برا میل کھاتا ہے (سیاہ: تمام مراحل؛ ٹوٹی لکیریں: ہر مرحلہ الگ): منحنی 3.6 کے قریب اپنی کم ترین سطح پر پہنچتا ہے، اور صفر بہاؤ پر 2 سگما اور 3 سگما کی لکیروں کے درمیان اٹھ جاتا ہے۔ — شکل 5، Abe et al. (2026)، arXiv:2610.35619۔

ایک سادہ تر گنتی، ایک کمزور تر تناؤ

ایک جانچ جو سگنل کی کوئی شکل فرض نہیں کرتی — بس 13.3 اور 31.3 MeV کے درمیان ایک ٹیگ شدہ نیوٹرون والے امیدواروں کو متوقع پس منظر کے مقابلے میں گنتی ہے — صرف 1.8 سگما کا تناؤ دیتی ہے۔ اور 17.3 MeV سے اوپر نیا بہاؤ، 1.8 (+0.8/−0.7) فی مربع سینٹی میٹر فی سیکنڈ، اپنی غیر یقینیوں کے اندر اُس 1.4 (+1.5/−1.2) سے متفق ہے جو اشتراکِ کار (collaboration) کی سابقہ تلاش نے صرف گیڈولینیئم ڈیٹا پر پایا تھا۔