برف تلے ایک نیوٹرینو ڈیٹیکٹر کرۂ قائمہ کا درجۂ حرارت ناپ سکتا ہے

انٹارکٹکا کے اوپر کرۂ قائمہ (stratosphere) دہائیوں کے پیمانے پر بدل رہا ہے، کیونکہ اوزون کی تہہ بحال ہو رہی ہے اور قطب کے گرد ہوا کی گردش بدل رہی ہے۔ لیکن اس براعظم کا اندرونی حصہ کرۂ ہوا کی ان جگہوں میں سے ہے جہاں سب سے کم آلات نصب ہیں۔ موسم کی تعمیرِ نو — “ری اینالسس” (reanalyses) جو بکھرے ہوئے مشاہدات کو ایک موسمی ماڈل کے ساتھ ملاتی ہیں — اس خلا کو پُر کرتی ہے، اور وہ اتنی ہی اچھی ہوتی ہے جتنے وہ مشاہدات جو اسے فراہم کیے جاتے ہیں۔ ایک آزاد پیمائش قیمتی ہوگی۔

ہو سکتا ہے کہ ایسی ایک پیمائش اتفاقاً پہلے سے موجود ہو۔ IceCube ایک مکعب کلومیٹر جسامت کی نیوٹرینو رصدگاہ ہے، جس کے 5,000 سے زیادہ روشنی کے سینسر قطب جنوبی کی برف میں 1,450 سے 2,450 میٹر کی گہرائی میں دفن ہیں۔ اپنے نایاب نیوٹرینوز کے علاوہ، یہ میونز (muons) کا کہیں بڑا بہاؤ ریکارڈ کرتی ہے — یہ ذرات تب بنتے ہیں جب کائناتی شعاعیں بالائی کرۂ ہوا سے ٹکراتی ہیں — تقریباً 2,150 فی سیکنڈ کی شرح سے۔ نیوٹرینو کے متلاشیوں کے لیے یہ پس منظری شور ہیں۔ لیکن ان کی تعداد سر کے اوپر کی ہوا کے درجۂ حرارت پر منحصر ہے۔

میونز درجۂ حرارت کیسے محسوس کرتے ہیں

کرۂ ہوا سے ٹکرانے والی کائناتی شعاعیں پائیونز (pions) اور کیونز (kaons) نامی قلیل العمر ذرات پیدا کرتی ہیں۔ ان میں سے ہر ذرہ یا تو ایک میون میں تحلیل ہو جاتا ہے یا اس سے پہلے ہوا کے کسی سالمے سے ٹکرا جاتا ہے۔ جب کرۂ قائمہ گرم ہوتا ہے تو کسی مخصوص بلندی پر وہ پتلا ہو جاتا ہے، اس لیے ان میں سے زیادہ ذرات ٹکرانے سے پہلے میونز میں تحلیل ہو جاتے ہیں۔ چنانچہ IceCube کی شرح موسموں کے ساتھ بدلتی ہے: اپنی اوسط کے گرد تقریباً 8% اوپر نیچے، اور “مؤثر درجۂ حرارت” (effective temperature) — ہوا کے پورے کالم کی ایک وزنی اوسط — میں 1% کی تبدیلی میونز کی شرح کو تقریباً 0.75% بدل دیتی ہے۔

یہ وزن دہی اہم ہے۔ اس کا تقریباً 94% حصہ لگ بھگ 8 کلومیٹر سے اوپر کی ہوا سے آتا ہے، جس کا عروج 14 کلومیٹر کے قریب ہے: IceCube کے میونز زیادہ تر کرۂ قائمہ کی خبر دیتے ہیں، پورے کالم کی ایک واحد اوسط کی صورت میں۔

قابلِ عمل ہونے کی ایک جانچ

Harvard University سے Tanvi Krishnan اور Carlos Argüelles، اور University of Valencia سے Gabriela Barenboim نے یہ سوال اٹھایا کہ کیا یہی سگنل دہائیوں پر پھیلے سست رجحانات کا پیچھا کر سکتا ہے۔ انہوں نے IceCube کی اصل شرح استعمال نہیں کی: انہوں نے میونز کی نقلی گنتیاں بنائیں، قطب جنوبی پر درجۂ حرارت کی عوامی تعمیرِ نو سے، کائناتی شعاعوں اور سورج کے ریکارڈز سے، اور IceCube کی شائع شدہ حساسیت اور شرح سے۔

ان کا حساب IceCube کے ناپے ہوئے موسمی اتار چڑھاؤ کو دوبارہ پیدا کرتا ہے۔ طویل مدتی رجحان کی عمودی شکل مختلف ہوتی ہے — کرۂ قائمہ ٹھنڈا ہوتا ہے جبکہ نچلی ہوا گرم ہوتی ہے — اور اس پر ردِعمل موسمی ردِعمل سے تقریباً 3% زیادہ طاقتور نکلتا ہے، جو ایک چھوٹی سی اصلاح ہے۔ سورج بمشکل مداخلت کرتا ہے: IceCube کے میونز کے پیچھے موجود کائناتی شعاعیں اتنی توانا ہیں، کئی ٹریلین الیکٹران وولٹ کی، کہ شمسی سرگرمی ان کے بہاؤ کو صرف 0.01 سے 0.13% بدلتی ہے۔

(a) 1979 سے قطب جنوبی کے اوپر مؤثر درجۂ حرارت، جو اوسطاً فی دہائی 0.58 کیلون ٹھنڈا ہو رہا ہے۔ (b) فٹ کیا گیا رجحان دریچے کی لمبائی پر منحصر ہے اور اس کی علامت (sign) تک بدل سکتی ہے، اس لیے ہر پیمائش کو اپنا دریچہ بتانا چاہیے۔ — شکل 3، Krishnan, Barenboim & Argüelles (2026)، arXiv:2611.00918۔

استحکام ہی سب کچھ ہے

گنتی کا شور قابلِ نظر انداز ہے۔ اصل حد ڈیٹیکٹر کا استحکام ہے۔ اگر کسی بھی آلاتی وجہ سے میونز کی گنتی آہستہ آہستہ کھسکتی (drift) رہے، تو اس کھسکاؤ کو درجۂ حرارت کی تبدیلی سمجھ لیا جائے گا:

شرح میں فی دہائی 1% کا کھسکاؤ فی دہائی 2.8 کیلون کے رجحان کی نقل کرتا ہے۔

2011 سے، تعمیرِ نو کے مطابق کرۂ قائمہ تقریباً 0.9 کیلون فی دہائی ٹھنڈا ہو رہا ہے۔ اتنے بڑے جعلی رجحان سے بچنے کے لیے، ڈیٹیکٹر کی شرح کو تقریباً 0.3% فی دہائی تک مستحکم رہنا ہوگا۔ بے ترتیب شور کے برعکس، ایسا کھسکاؤ زیادہ برسوں کے ڈیٹا سے اوسط ہو کر ختم نہیں ہوتا۔

میونز کی شرح کے ایسے کھسکاؤ کو، جس کا حساب نہ رکھا گیا ہو، درجۂ حرارت کے جعلی رجحان میں بدلنا: متوقع سگنل (ٹوٹی لکیر) تقریباً 0.3% فی دہائی کے کھسکاؤ کے برابر ہے۔ نیلی پٹی وہ کھسکاؤ ہے جس کی پیش گوئی ڈیٹیکٹر کے اوپر جمع ہوتی برف سے کی گئی ہے۔ — شکل 4، Krishnan, Barenboim & Argüelles (2026)، arXiv:2611.00918۔

سطح کا موسم بھی اپنا کردار ادا کرتا ہے۔ قطب جنوبی پر برف سالانہ تقریباً 8 سینٹی میٹر پانی کے مساوی کی شرح سے جمع ہوتی ہے، جو IceCube کے اوپر کی برف کو آہستہ آہستہ گہرا کرتی جاتی ہے۔ ایک موٹی ڈھال زیادہ میونز کو روکتی ہے: مصنفین کی پیش گوئی ہے کہ شرح فی دہائی 0.09 سے 0.18% گھٹے گی، جو فی دہائی 0.24 سے 0.51 کیلون کی جعلی ٹھنڈک کے برابر ہے — حقیقی رجحان والی ہی علامت، اور اس کے ایک چوتھائی سے نصف کے برابر۔ چونکہ اس کی پیش گوئی کی جا سکتی ہے، اس لیے اسے تجزیے میں شامل کیا جا سکتا ہے۔

کتنا انتظار کرنا ہوگا

قطبی کرۂ قائمہ میں شور بہت ہے: ماہانہ درجۂ حرارت 2.5 کیلون اوپر نیچے ہوتا رہتا ہے۔ 14 سال کے ڈیٹا کے ساتھ، شماریاتی حساسیت فی دہائی 1.6 کیلون ہے، جو 0.9 کیلون کی ٹھنڈک کی تصدیق کے لیے کافی نہیں۔ یہ 20 سال بعد 0.93، 30 سال بعد 0.51 اور 40 سال بعد 0.33 تک پہنچتی ہے۔ IceCube کے دور کی ٹھنڈک کی تصدیق لگ بھگ 22 سال بعد ہو سکتی ہے — اگر ڈیٹیکٹر مستحکم رہے۔

اگلا قدم یہ طریقہ IceCube کی حقیقی شرح پر، اس کی اپنی آلاتی بے قاعدگیوں سمیت، آزمانا ہے۔ مصنفین کے مطابق یہ کسی بھی ایسے گہرے ڈیٹیکٹر کے لیے کارآمد ہوگا جس کے اوپر چٹان یا برف کی تہہ معلوم ہو۔