https://madrid.hostmaster.org/articles/physics_beyond_the_standard_model/ur.html
2012 میں، جب ہگس بوزون کی تصدیق CERN کے لارج ہیڈرون کولائیڈر (LHC) میں ہوئی، تو سٹینڈرڈ ماڈل (SM) نظریاتی طور پر مکمل تھا۔ ہر پیش گوئی کی گئی ذرہ دریافت ہو چکی تھی۔ اس کے مساوات نے تجرباتی ٹیسٹوں کو حیرت انگیز درستگی کے ساتھ پاس کیا تھا۔
تاہم، فزکس کے ماحول میں اختتام کا احساس نہیں تھا، بلکہ نامکمل ہونے کا احساس تھا۔ جیسے نیوٹن کے قوانین آئنسٹائن سے پہلے یا کلاسیکی فزکس کوانٹم مکینکس سے پہلے تھے، سٹینڈرڈ ماڈل ہمارے ٹیسٹ کردہ پیمانوں پر بہت کامیاب تھا، لیکن گہرے سوالات کے جوابات دینے سے قاصر تھا۔ یہ تقریباً ایک کامل نقشہ تھا – لیکن صرف منظر نامے کے ایک چھوٹے سے حصے کا۔
سب سے واضح کمی کشش ثقل ہے۔
یہ کوئی معمولی بھول نہیں ہے۔ جنرل ریلیٹیویٹی کشش ثقل کو خلا-وقت کی خمیدگی کے طور پر دیکھتی ہے، ایک ہموار ہندسی میدان، جبکہ SM قوتوں کو ذرات کے ذریعے منتقل ہونے والے کوانٹم فیلڈز کے طور پر دیکھتا ہے۔ کشش ثقل کو اسی طرح کوانٹائز کرنے کی کوشش ناقابلِ معمول لامحدودیتوں کا سامنا کرتی ہے۔
سٹینڈرڈ ماڈل اور GR دو مختلف آپریٹنگ سسٹمز کی طرح ہیں – اپنے اپنے ڈومینز میں شاندار، لیکن بنیادی طور پر غیر مطابقت پذیر۔ ان کو متحد کرنا جدید فزکس کا سب سے بڑا چیلنج ہو سکتا ہے۔
SM پیش گوئی کرتا ہے کہ نیوٹرینو کی کوئی ماس نہیں ہوتی۔ لیکن جاپان کے سپر-کامیوکینڈ ڈیٹیکٹر (1998) سے شروع ہونے والے تجربات، جو عالمی سطح پر تصدیق شدہ ہیں، نے دکھایا کہ نیوٹرینو مختلف ذائقوں (الیکٹران، میوون، ٹاؤ) کے درمیان اوسیلیٹ کرتے ہیں۔ اوسیلیشن کے لیے ماس کی ضرورت ہوتی ہے۔
یہ سٹینڈرڈ ماڈل سے آگے کی فزکس کا پہلا تصدیق شدہ ثبوت تھا۔ اس دریافت نے کاجیتا اور میک ڈونلڈ کو 2015 کا نوبل انعام دلایا۔
نیوٹرینو انتہائی ہلکے ہیں، کم از کم الیکٹران سے دس لاکھ گنا ہلکے۔ ان کی ماس کو SM سے سمجھا نہیں جا سکتا – لیکن یہ نئی فزکس کی طرف اشارہ کر سکتے ہیں، جیسے کہ سیسا میکانزم، سٹیرائل نیوٹرینو، یا ابتدائی کائنات سے تعلقات۔ کچھ منظرناموں میں، بھاری سیسا نیوٹرینو لیپٹوجینیسس کو ممکن بناتے ہیں، جہاں ابتدائی کائنات میں لیپٹن کی عدم توازن پیدا ہوتی ہے، جو بعد میں مشاہدہ شدہ مادہ-اینٹی میٹر عدم توازن میں تبدیل ہوتی ہے۔
SM کے ذریعے بیان کردہ نظر آنے والا مادہ کائنات کا 5% سے بھی کم حصہ بناتا ہے۔ باقی غیر مرئی ہے۔
نظریات نئی ذرات تجویز کرتے ہیں: WIMP (کمزور طور پر تعامل کرنے والی بڑی ماس والی ذرات)، ایکسینز، سٹیرائل نیوٹرینو، یا کچھ اور عجیب۔ لیکن زیر زمین ڈیٹیکٹرز، تصادم کے تجربات، اور فلکیاتی سروے کے باوجود، ڈارک میٹر اب بھی پکڑ میں نہیں آیا۔
اس سے بھی زیادہ پراسرار ڈارک انرجی ہے، جو کائنات کی تیزی سے پھیلتی ہوئی توسیع کو چلاتی ہے۔
یہ کاسمولوجیکل کانسٹنٹ مسئلہ شاید کوانٹم فیلڈ تھیوری اور کشش ثقل کے درمیان سب سے شدید تنازعہ ہے۔ سٹینڈرڈ ماڈل ڈارک انرجی کے بارے میں کچھ نہیں کہتا۔ یہ کائنات کے ہمارے فہم میں ایک بڑا خلا ہے۔
ایک اور گہرا راز خود ہگس بوزون میں ہے۔
ہگس کی ماس 125 GeV پر ماپا گیا ہے۔ لیکن کوانٹم تصحیحات اسے پلانک اسکیل (\(10^{19}\) GeV) کی طرف دھکیل دیتی ہیں، جب تک کہ غیر معمولی منسوخی نہ ہو۔ یہ کشش ثقل کی قدرتی توانائی اسکیل کے مقابلے میں اتنا ہلکا کیوں ہے؟
یہ ہائرارکی مسئلہ ہے: ہگس غیر معمولی طور پر باریک طور پر ٹیون کیا ہوا لگتا ہے۔ فزکس دان نئی فزکس کا شک کرتے ہیں، جیسے کہ سپر سمیٹری (SUSY)، جو ہگس کی ماس کو مستحکم کر سکتی ہے، پارٹنر ذرات متعارف کروا کر جو خطرناک تصحیحات کو منسوخ کرتی ہیں۔ (قدرتیت کے بارے میں بحثیں متحرک حل سے لے کر ممکنہ “ویکیوم کے منظر” میں اینتھروپک استدلال تک شامل ہیں۔)
SM میں کچھ CP توڑ شامل ہے، لیکن یہ اس بات کی وضاحت کے لیے کافی نہیں کہ موجودہ کائنات مادے سے بھری ہوئی ہے، نہ کہ مادہ اور اینٹی میٹر کی برابر مقداروں سے۔ جیسا کہ اوپر ذکر کیا گیا، لیپٹوجینیسس جیسے میکانزم (جو اکثر نیوٹرینو کی ماس کے سیسا میکانزم سے منسلک ہوتے ہیں) ایک زبردست راستہ پیش کرتے ہیں جہاں SM سے آگے کی فزکس توازن کو جھکاتی ہے۔
سٹینڈرڈ ماڈل کو بعض اوقات “فزکس کی سب سے کامیاب تھیوری” کہا جاتا ہے۔ اس کی پیش گوئیاں تجربات کے ساتھ 10-12 دہائیوں تک مطابقت رکھتی ہیں۔ یہ تقریباً ہر وہ چیز بیان کرتا ہے جو ہم ذرہ ایکسلریٹرز اور لیبارٹریوں میں دیکھتے ہیں۔
لیکن یہ نامکمل ہے:
فزکس دان اب تاریخ کے ایک مانوس لمحے کا سامنا کر رہے ہیں۔ جیسے نیوٹن کی مکینکس نے ریلیٹیویٹی کو راستہ دیا، اور کلاسیکی فزکس نے کوانٹم مکینکس کو، سٹینڈرڈ ماڈل کو بالآخر کسی گہری چیز کے لیے راستہ دینا ہوگا۔
حتمی مقصد ایک گرینڈ یونیفائیڈ تھیوری (GUT) یا حتیٰ کہ تھیوری آف ایوریتھنگ (ToE) ہے: ایک فریم ورک جو چاروں قوتوں کو متحد کرتا ہے، تمام ذرات کی وضاحت کرتا ہے، اور سب سے چھوٹے پیمانوں (کوانٹم گریویٹی) سے لے کر سب سے بڑے (کاسمولوجی) تک مستقل طور پر کام کرتا ہے۔
یہ جدید فزکس کا مقدس گریل ہے۔ اسی لیے محققین ایکسلریٹرز کو بلند توانائیوں تک لے جا رہے ہیں، بڑے پیمانے پر نیوٹرینو ڈیٹیکٹرز بنا رہے ہیں، دوربینوں سے کائنات کا نقشہ بنا رہے ہیں، اور نئے ریاضیاتی طریقوں کی ایجاد کر رہے ہیں۔
اگلے ابواب میں، ہم اہم امیدواروں کو تلاش کریں گے:
یہ خیالات ہر ایک ڈگما کے طور پر نہیں، بلکہ سائنس کی بہترین شکل کے طور پر پیدا ہوئے: دراڑوں کو نوٹ کرنا، نئی تھیوریز بنانا، اور انہیں حقیقت کے مقابلے میں جانچنا۔
فزکس کی متحدہ کرنے کی ایک طویل تاریخ ہے جو سمیٹری کے ذریعے ہوتی ہے۔ میکسویل کے مساوات نے بجلی اور مقناطیسیت کو متحد کیا۔ خصوصی ریلیٹیویٹی نے خلا اور وقت کو متحد کیا۔ الیکٹروویک تھیوری نے چار بنیادی قوتوں میں سے دو کو متحد کیا۔ ہر ترقی فطرت میں چھپی سمیٹری کو ظاہر کرنے سے آئی۔
سپر سمیٹری – یا SUSY، جیسا کہ فزکس دان اسے پیار سے کہتے ہیں – ایک جرات مندانہ تجویز ہے کہ اگلی بڑی سمیٹری دو بظاہر مختلف زمرہ جات کی ذرات کو جوڑتی ہے: مادہ اور قوت۔
سٹینڈرڈ ماڈل میں، ذرات دو بڑے خاندانوں میں تقسیم ہوتے ہیں:
فرمیونز (اسپن 1/2): کوارک اور لیپٹون شامل ہیں، جو مادے کے بلڈنگ بلاکس ہیں۔ ان کا آدھا عدد اسپن اس کا مطلب ہے کہ وہ پاؤلی کے اخراج اصول کی پیروی کرتے ہیں: دو یکساں فرمیون ایک ہی حالت پر قبضہ نہیں کر سکتے۔ یہ وضاحت کرتا ہے کہ ایٹموں کے ڈھانچے والے خول کیوں ہیں اور مادہ مستحکم کیوں ہے۔
بوزونز (عدد صحیح اسپن): فوٹونز، گلوؤنز، W اور Z بوزونز، اور ہگس شامل ہیں۔ بوزونز قوتوں کی منتقلی کرتے ہیں۔ فرمیونز کے برعکس، وہ ایک ہی حالت میں جمع ہو سکتے ہیں، جو لیزرز (فوٹونز) اور بوس–آئنسٹائن کنڈینسیٹس کی موجودگی کی وضاحت کرتا ہے۔
مختصراً: فرمیونز مادہ بناتے ہیں، بوزونز قوتوں کو منتقل کرتے ہیں۔
سپر سمیٹری ایک ایسی سمیٹری تجویز کرتی ہے جو فرمیونز اور بوزونز کو جوڑتی ہے۔ ہر معلوم فرمیون کے لیے ایک بوزونک پارٹنر ہوتا ہے۔ ہر معلوم بوزون کے لیے ایک فرمیونک پارٹنر ہوتا ہے۔
(“فوٹینو” اور “زینو” گیج ایجن اسٹیٹس کے لیے پرانے عرفی نام ہیں؛ تجربات حقیقت میں مذکورہ بالا ماس ایجن اسٹیٹس کی تلاش کرتے ہیں۔)
ذرہ کی دنیا کی ایسی شدید دوگنی کیوں تجویز کی جائے؟ کیونکہ SUSY سٹینڈرڈ ماڈل کے کچھ گہرے مسائل کے لیے خوبصورت حل پیش کرتی ہے۔
SUSY کا سب سے بڑا رغبت اس کی ہائرارکی مسئلہ کو حل کرنے کی صلاحیت ہے: ہگس بوزون پلانک اسکیل کے مقابلے میں اتنا ہلکا کیوں ہے۔
سٹینڈرڈ ماڈل میں، ورچوئل ذرات سے کوانٹم تصحیحات ہگس کی ماس کو بے پناہ اقدار کی طرف دھکیل دیتی ہیں۔ سپر سمیٹری اسپارٹکلز متعارف کرواتی ہے جن کے تعاون سے یہ انحرافات منسوخ ہو جاتی ہیں۔ نتیجہ: ہگس کی ماس قدرتی طور پر مستحکم ہوتی ہے، بغیر کسی باریک ٹیوننگ کے (کم از کم “قدرتی” SUSY سپیکٹرا میں)۔
SUSY کی ایک اور ترغیب قوتوں کی یونیفیکیشن سے آتی ہے۔
یہ تجویز کرتا ہے کہ انتہائی بلند توانائیوں پر، تینوں قوتیں ایک گرینڈ یونیفائیڈ تھیوری (GUT) میں ضم ہو سکتی ہیں۔
سپر سمیٹری ایک ڈارک میٹر کے لیے بھی ایک قدرتی امیدوار فراہم کرتی ہے۔
اگر SUSY درست ہے، تو ایک اسپارٹکل مستحکم اور برقی طور پر غیر جانبدار ہونا چاہیے۔ بنیادی امیدوار سب سے ہلکا نیوٹرالینو ہے، جو بینو، وینو، اور ہگسینو کا ایک مکس ہے۔
نیوٹرالینوز صرف کمزور طور پر تعامل کریں گے، جو WIMP (کمزور طور پر تعامل کرنے والی بڑی ماس والی ذرات) کے پروفائل سے مطابقت رکھتا ہے۔ اگر ان کی دریافت ہو جاتی ہے، تو وہ کائنات کی گمشدہ 27% مادے کی وضاحت کر سکتے ہیں۔
عقدوں تک، فزکس دانوں نے امید کی کہ سپر سمیٹریکل ذرات پہلے سے دریافت شدہ توانائی اسکیلز کے بالکل اوپر ظاہر ہوں گی۔
LHC میں SUSY کی دریافت کی کمی مایوسی کا باعث بنی۔ SUSY کی سب سے سادہ ورژنز، جیسے کہ “منیمل سپر سمیٹرک سٹینڈرڈ ماڈل” (MSSM)، اب سخت محدود ہیں۔ “قدرتی” سپیکٹرا کو زیادہ بھاری اقدار کی طرف دھکیلا گیا ہے، جس کا مطلب ہے کہ اگر SUSY TeV اسکیل کے قریب موجود ہے تو اسے مزید باریک ٹیوننگ کی ضرورت ہے۔
پھر بھی، SUSY کو خارج نہیں کیا گیا۔ زیادہ پیچیدہ ماڈلز زیادہ بھاری یا زیادہ لطیف اسپارٹکلز کی پیش گوئی کرتے ہیں، شاید LHC کی رسائی سے باہر، یا ایسی تعاملات کے ساتھ جو آسانی سے پکڑ میں نہ آئیں۔
فینومینولوجیکل ترغیبات سے ہٹ کر، SUSY ایک گہری ریاضیاتی خوبصورتی رکھتی ہے۔
اگر فطرت قابل رسائی توانائیوں پر SUSY کو عملی شکل نہ دے، تب بھی اس کی ریاضیات نے فزکس کو تقویت بخشی ہے۔
آج، SUSY ایک عجیب مقام پر ہے۔
اگر LHC اور اس کے جانشین کچھ نہیں پاتے، تو SUSY صرف ہماری رسائی سے باہر توانائی اسکیلز پر عمل میں آ سکتی ہے – یا شاید فطرت نے بالکل مختلف راستہ اختیار کیا ہو۔
سپر سمیٹری سائنسی طریقہ کار کو عمل میں دکھاتی ہے۔
فزکس دانوں نے مسائل کی نشاندہی کی: ہائرارکی مسئلہ، یونیفیکیشن، ڈارک میٹر۔ انہوں نے ایک نئی، جرات مندانہ سمیٹری تجویز کی جو ان سب کو حل کرتی ہے۔ انہوں نے اسے جانچنے کے لیے تجربات ڈیزائن کیے۔ اب تک، نتائج منفی ہیں – لیکن اس کا مطلب یہ نہیں کہ خیال بےکار تھا۔ SUSY نے ہمارے اوزاروں کو بہتر کیا، واضح کیا کہ ہم کیا ڈھونڈ رہے ہیں، اور تحقیق کے نسلوں کی رہنمائی کی۔
جیسے کہ ایتھر یا ایپی سائیکلز اس سے پہلے تھے، SUSY ایک گہری حقیقت کی طرف ایک قدم ہو سکتی ہے، چاہے یہ آخری لفظ کے طور پر زندہ رہے یا نہ رہے۔
سٹینڈرڈ ماڈل سے آگے کی فزکس اکثر پیچز سے تحریک حاصل کرتی ہے: ہائرارکی مسئلہ حل کرنا، ڈارک میٹر کی وضاحت، گیج کپلنگز کو متحد کرنا۔ سٹرنگ تھیوری مختلف ہے۔ یہ کسی مخصوص پہیلی سے شروع نہیں ہوتی۔ یہ ریاضی سے شروع ہوتی ہے – اور خلا، وقت، اور مادے کے ہمارے پورے تصور کو دوبارہ تشکیل دینے پر ختم ہوتی ہے۔
حیرت انگیز طور پر، سٹرنگ تھیوری ایک تھیوری آف ایوریتھنگ کے طور پر نہیں، بلکہ مضبوط نیوکلیئر فورس کو سمجھنے کی ناکام کوشش کے طور پر شروع ہوئی۔
1960 کی دہائی کے آخر میں، QCD مکمل طور پر ترقی یافتہ ہونے سے پہلے، فزکس دان ہیڈرونز کے چڑیا گھر کی وضاحت کرنے کی کوشش کر رہے تھے۔ انہوں نے اسکیٹرنگ ڈیٹا میں نمونوں کو دیکھا جو تجویز کرتے تھے کہ ریزونینسز ہلتی ہوئی سٹرنگز کے ذریعے ماڈل کی جا سکتی ہیں۔
1968 میں وینزیانو کے متعارف کردہ “ڈوئل ریزونینس ماڈل” نے مضبوط تعاملات کو اس طرح بیان کیا جیسے ہیڈرونز چھوٹی سٹرنگز کی ایکسائٹیشنز ہوں۔ یہ خوبصورت تھا لیکن جب QCD مضبوط قوت کی اصلی تھیوری کے طور پر ابھری تو اسے فوراً ترک کر دیا گیا۔
پھر بھی، سٹرنگ تھیوری مرنے سے انکار کرتی تھی۔ اس کے مساوات میں ایسی قابل ذکر خصوصیات چھپی تھیں جو نیوکلیئر فزکس سے کہیں آگے کی طرف اشارہ کرتی تھیں۔
جب نظریہ دانوں نے سٹرنگز کی ہلن کو کوانٹائز کیا، تو انہوں نے پایا کہ سپیکٹرم میں لازمی طور پر ایک بغیر ماس کی اسپن 2 ذرہ شامل ہے۔
یہ چونکا دینے والا تھا۔ کوانٹم فیلڈ تھیوری نے دکھایا کہ بغیر ماس کی اسپن 2 ذرہ منفرد ہے: یہ کشش ثقل کا کوانٹم، گریویٹون ہونا چاہیے۔
جیسا کہ جان شوارز نے بعد میں کہا: “لیکن ایک حیرت انگیز حقیقت سامنے آئی: سٹرنگ تھیوری کی ریاضیات میں لازمی طور پر ایک بغیر ماس کی اسپن 2 ذرہ – گریویٹون شامل تھا۔”
جو ایک ہیڈرونز کی تھیوری کے طور پر شروع ہوا تھا، اس نے اتفاقی طور پر کوانٹم گریویٹی کے بنیادی بلاک کو پیدا کیا تھا۔
سٹرنگ تھیوری کے دل میں، نقطہ ذرات کو چھوٹے ایک جہتی اشیاء سے تبدیل کیا جاتا ہے: سٹرنگز۔
سٹرنگز کھلی (دو سروں کے ساتھ) یا بند (لوپس) ہو سکتی ہیں۔
سٹرنگ کے مختلف ہلن موڈز مختلف ذرات کے مطابق ہوتے ہیں۔
یہ سادہ تبدیلی – نقطوں سے سٹرنگز تک – کوانٹم گریویٹی کو پریشان کرنے والی بہت سی لامحدودیتوں کو حل کرتی ہے۔ سٹرنگ کا محدود سائز صفر فاصلے پر پھٹنے والی تعاملات کو دھندلا دیتا ہے۔
سٹرنگ تھیوری کے ابتدائی ورژنز میں مسائل تھے: ان میں ٹیکیون (غیر استحکام) شامل تھے اور غیر حقیقت پسندانہ خصوصیات کی ضرورت تھی۔ بریک تھرو سپر سمیٹری کے تعارف کے ساتھ آیا، جو 1970 اور 1980 کی دہائیوں میں سپر سٹرنگ تھیوری کی طرف لے گیا۔
سپر سٹرنگز نے ٹیکیونز کو ختم کیا، فرمیونز کو شامل کیا، اور نئی ریاضیاتی تسلسل لایا۔
لیکن ایک مشکل تھی: سٹرنگ تھیوری صرف بلند جہتوں میں کام کرتی ہے۔ خاص طور پر، 10 خلا-وقت جہتیں۔
یہ خیال، اگرچہ بنیادی لگتا ہے، بالکل نیا نہیں تھا۔ 1920 کی دہائی میں، کالوزا–کلین تھیوری نے تجویز کیا کہ اضافی جہتیں کشش ثقل اور برقی مقناطیسیت کو متحد کر سکتی ہیں۔ سٹرنگ تھیوری نے اس خیال کو بحال کیا اور اسے بہت زیادہ وسعت دی۔
1980 کی دہائی کے وسط میں، فزکس دانوں نے دریافت کیا کہ سٹرنگ تھیوری ایک نہیں، بلکہ پانچ مختلف ورژنز میں موجود ہے:
ہر ایک ریاضیاتی طور پر مستقل نظر آتا تھا، لیکن فطرت ایک کو کیوں منتخب کرے گی؟
1984 میں، مائیکل گرین اور جان شوارز نے دکھایا کہ سٹرنگ تھیوری کوانٹم انوملیز کو خود بخود منسوخ کر سکتی ہے – کچھ جو کوانٹم فیلڈ تھیوریز کو احتیاط سے ڈیزائن کرنا پڑتا ہے۔ اس دریافت نے سپر سٹرنگز کی پہلی انقلاب کو جنم دیا، جب ہزاروں فزکس دانوں نے تمام قوتوں کو متحد کرنے والی تھیوری کے طور پر سٹرنگ تھیوری کی طرف رجوع کیا۔
یہ پہلا سنجیدہ فریم ورک تھا جس میں کوانٹم گریویٹی نہ صرف مستقل تھی بلکہ ناگزیر تھی۔
1990 کی دہائی کے وسط میں، ایک دوسری انقلاب آئی۔ ایڈورڈ ویٹن اور دیگر نے دریافت کیا کہ پانچ مختلف سٹرنگ تھیوریز حریف نہیں تھیں، بلکہ ایک ہی گہری تھیوری کی مختلف حدود تھیں: M-تھیوری۔
M-تھیوری کے بارے میں خیال کیا جاتا ہے کہ یہ 11 جہتوں میں موجود ہے اور اس میں نہ صرف سٹرنگز شامل ہیں بلکہ بلند جہتی اشیاء بھی شامل ہیں جنہیں برینز (ممبرین کا مخفف) کہا جاتا ہے۔
یہ برینز نئی، بھرپور امکانات کو جنم دیتے ہیں: پورے کائنات بلند جہتی خلا میں تیرتے ہوئے 3-برینز کے طور پر موجود ہو سکتے ہیں، جہاں کشش ثقل والیوم میں نکلتی ہے جبکہ دیگر قوتیں محدود رہتی ہیں۔ یہ تصویر جدید اضافی جہتی ماڈلز جیسے رینڈل–سنڈرم سے متاثر ہوئی۔
کالوزا–کلین (1920 کی دہائی): نے کشش ثقل اور برقی مقناطیسیت کو متحد کرنے کے لیے پانچویں اضافی جہت کی تجویز دی۔ یہ خیال دہائیوں تک شیلف پر رہا، لیکن سٹرنگ تھیوری نے اسے ایک عظیم تر شکل میں بحال کیا۔ کمپریسڈ اضافی جہتیں سٹرنگ ماڈلز کی ایک مرکزی خصوصیت ہیں۔
رینڈل–سنڈرم (1999): نے “وارپڈ” اضافی جہتوں کی تجویز دی، جہاں ہماری کائنات بلند جہتوں میں سرایت شدہ ایک 3-برین ہے۔ کشش ثقل والیوم میں پھیلتی ہے، جو اس کی کمزوری کی وضاحت کرتی ہے۔ اس طرح کے ماڈل ذرہ ایکسلریٹرز میں ممکنہ سگنلز یا بہت کم فاصلوں پر نیوٹن کے قانون سے انحرافات کی پیش گوئی کرتے ہیں۔
سٹرنگ تھیوری بڑے دعوے کرتی ہے، لیکن ان کی جانچ کرنا انتہائی مشکل ہے۔
چیلنجز کے باوجود، سٹرنگ تھیوری نے ریاضی کے لیے زرخیز زمین فراہم کی ہے، جو ہندسہ، ٹوپولوجی، اور AdS/CFT (جو بلند جہتوں میں کشش ثقل کو بغیر کشش ثقل کے کوانٹم فیلڈ تھیوری سے جوڑتی ہے) جیسی ڈوئلٹیز میں ترقی کو متاثر کرتی ہے۔
حامیوں کا کہنا ہے کہ سٹرنگ تھیوری ایک متحدہ تھیوری کی طرف سب سے زیادہ امید افزا راستہ ہے: یہ کوانٹم گریویٹی کو شامل کرتی ہے، تمام قوتوں کو متحد کرتی ہے، اور گریویٹون کی موجودگی کی وجہ بتاتی ہے۔
ناقدین استدلال کرتے ہیں کہ تجرباتی تصدیق کے بغیر، سٹرنگ تھیوری تجرباتی سائنس سے منقطع ہونے کا خطرہ رکھتی ہے۔ اس کے ممکنہ حل کا وسیع “لینڈ اسکیپ” (زیادہ سے زیادہ \(10^{500}\)) منفرد پیش گوئیوں کو نکالنا مشکل بناتا ہے۔
دونوں اطراف ایک بات پر متفق ہیں: سٹرنگ تھیوری نے فزکس کے بارے میں ہمارے سوچنے کے طریقے کو بدل دیا ہے، یونیفیکیشن کے لیے ایک نئی زبان فراہم کی ہے۔
اگر سپر سمیٹری سٹینڈرڈ ماڈل سے آگے اگلا قدم ہے، تو سٹرنگ تھیوری اس سے اگلا قدم ہے: طویل عرصے سے مطلوب تھیوری آف ایوریتھنگ کی ایک امیدوار۔
اس کا سب سے جرات مندانہ دعویٰ یہ نہیں کہ یہ سٹینڈرڈ ماڈل اور کشش ثقل کو شامل کرتی ہے، بلکہ یہ کہ یہ بلند جہتوں میں ہلتی ہوئی سٹرنگز کی ناگزیر نتائج ہیں۔ گریویٹون کوئی اضافی حصہ نہیں – یہ بنایا ہوا ہے۔
یہ ابھی تک دریافت ہونا باقی ہے کہ آیا فطرت نے یہ راستہ اختیار کیا۔
تھیوریز فزکس کی زندگی ہیں، لیکن تجربات اس کا دل ہیں۔ سپر سمیٹری، سٹرنگ تھیوری، اور اضافی جہتیں خوبصورت ریاضیاتی ڈھانچے ہیں، لیکن وہ ثبوت کے ذریعے زندہ رہتے ہیں یا مر جاتے ہیں۔ اگر وہ محض قیاس سے زیادہ ہوں، تو انہیں ڈیٹا میں آثار چھوڑنے ہوں گے۔
فزکس دانوں نے ان آثار کی تلاش کے لیے ہوشیار طریقے تیار کیے ہیں – کولائیڈرز میں، کائنات میں، اور خود خلا-وقت کی ساخت میں۔
CERN کا لارج ہیڈرون کولائیڈر (LHC) دنیا کا سب سے طاقتور ذرہ ایکسلریٹر ہے، جو پروٹونز کو 13.6 TeV تک توانائیوں پر ٹکراتا ہے (ڈیزائن: 14 TeV). یہ سٹینڈرڈ ماڈل سے آگے کی فزکس کو تلاش کرنے کے لیے انسانیت کا بنیادی آلہ رہا ہے۔
کچھ نظریات تجویز کرتی ہیں کہ اگر TeV اسکیل پر کشش ثقل مضبوط ہو جاتی ہے، تو LHC کے تصادمات میں چھوٹے بلیک ہولز بن سکتے ہیں، جو ذرات کے دھماکوں میں بخارات بن جاتے ہیں۔ ایسی کوئی واقعات دیکھی نہیں گئیں۔
اگر اضافی جہتیں موجود ہیں، تو نیوٹن کا قانون کشش ثقل مختصر فاصلوں پر ٹوٹ سکتا ہے۔
یہ ڈیسک ٹاپ تجربات حیرت انگیز طور پر حساس ہیں، جو کولائیڈرز کے لیے ناقابلِ رسائی اسکیلز کو تلاش کرتے ہیں۔
2015 میں LIGO کے ذریعے گریویٹیشنل ویوز کی دریافت نے ایک نئی سرحد کھولی۔
اب تک کی مشاہدات موجودہ غیر یقینی صورتحال کے اندر GR کے ساتھ مطابقت رکھتی ہیں، لیکن زیادہ درستگی حیرتوں کو ظاہر کر سکتی ہے۔
خود کائنات حتمی ذرہ ایکسلریٹر ہے۔
اب تک آسمان خاموش ہے۔ ڈارک میٹر کا پتہ نہیں چلا، اور کاسمولوجیکل ڈیٹا ΛCDM ماڈل کے ساتھ بغیر واضح سٹرنگ آثار کے فٹ ہوتا ہے۔
عقدوں کی تلاش نے SUSY، اضافی جہتوں، یا سٹرنگ سگنلز کی تصدیق نہیں کی۔ لیکن ثبوت کی عدم موجودگی عدم موجودگی کا ثبوت نہیں:
کچھ پریسیژن انوملیز (مثلاً، میوون کا (g-2) پیمائش اور فلیور فزکس میں کچھ تناؤ) دلچسپ لیکن حل طلب رہتے ہیں؛ وہ مسلسل جانچ کی ترغیب دیتے ہیں لیکن ابھی تک SM کو نہیں پلٹتے۔
تجربات نے پیرامیٹر اسپیس کو محدود کیا ہے۔ انہوں نے ہمیں بتایا کہ SUSY کہاں نہیں ہے، اضافی جہتوں کو کتنا چھوٹا ہونا چاہیے، اور ڈارک میٹر کتنی مضبوط یا کمزور طور پر تعامل کر سکتا ہے۔
مستقبل کے تجربات گہرائی سے تلاش کرنے کا وعدہ کرتے ہیں:
سٹینڈرڈ ماڈل سے آگے کی فزکس کی تجرباتی کہانی ناکامی کی کہانی نہیں، بلکہ عمل کی کہانی ہے۔
جیسے کہ ردرفورڈ کے گولڈ فوائل تجربے نے پلوم پڈنگ ماڈل کو توڑ دیا، یا LIGO نے گریویٹیشنل ویوز کے بارے میں شکوک کو دور کیا، اگلی بڑی دریافت اچانک آ سکتی ہے – اور سب کچھ بدل سکتی ہے۔
صدیوں سے، فزکس نے یونیفیکیشن کے ذریعے ترقی کی ہے۔ نیوٹن نے آسمان اور زمین کو ایک کشش ثقل کے قانون کے تحت متحد کیا۔ میکسویل نے بجلی اور مقناطیسیت کو متحد کیا۔ آئنسٹائن نے خلا اور وقت کو متحد کیا۔ الیکٹروویک تھیوری نے دکھایا کہ دو بہت مختلف قوتیں ایک ہی پہلو ہیں۔
اگلا قدم اب تک کا سب سے جرات مندانہ ہے: چار بنیادی تعاملات – مضبوط، کمزور، برقی مقناطیسی، اور کشش ثقل – کو ایک ہی، مستقل فریم ورک میں متحد کرنا۔ یہ فزکس کا مقدس گریل ہے: تھیوری آف ایوریتھنگ (ToE)۔
مکمل یونیفیکیشن صرف فلسفیانہ خوبصورتی نہیں؛ یہ گہرے عملی اور تصوراتی مسائل سے نمٹتی ہے:
ایک ToE نہ صرف قوتوں کو متحد کرے گی – یہ اسکیلز کو متحد کرے گی، کوانٹم تھیوری کی سب سے چھوٹی سٹرنگز سے لے کر سب سے بڑی کوسمک ڈھانچوں تک۔
سپر سمیٹری (SUSY)، اگر فطرت میں عمل میں آتی ہے، تو ToE کی طرف ایک قدم فراہم کرتی ہے۔
SUSY سے متاثرہ GUTs (جیسے SU(5)، SO(10)، یا E₆) تصور کرتے ہیں کہ الٹرا ہائی توانائیوں پر کوارک اور لیپٹونز بڑے ملٹی پلیٹس میں متحد ہوتے ہیں، اور قوتیں ایک ہی گیج گروپ میں ضم ہوتی ہیں۔
لیکن SUSY ابھی تک تجربات میں ظاہر نہیں ہوئی۔ اگر یہ صرف ہماری رسائی سے باہر اسکیلز پر موجود ہے، تو اس کی متحدہ قوت پرکشش لیکن چھپی ہوئی رہ سکتی ہے۔
سٹرنگ تھیوری اس سے بھی آگے جاتی ہے۔ سٹینڈرڈ ماڈل کو پیچ کرنے کے بجائے، یہ اس کے بنیادی اصولوں کو دوبارہ لکھتی ہے:
اس وژن میں، یونیفیکیشن اتفاقی نہیں – یہ ہندسہ ہے۔ قوتیں اس لیے مختلف ہیں کیونکہ سٹرنگز مختلف طریقوں سے ہلتی ہیں، جو اضافی جہتوں کی ٹوپولوجی سے تشکیل پاتی ہیں۔
پانچ سٹرنگ تھیوریز کے ڈوئلٹیز کے ذریعے جڑے ہونے کی دریافت نے M-تھیوری کی طرف لے گئی، ایک اور عظیم تر فریم ورک:
M-تھیوری ابھی تک نامکمل ہے، لیکن یہ ToE کی طرف اب تک کا سب سے عظیم قدم ہے۔
سٹرنگ تھیوری اور M-تھیوری واحد راستے نہیں ہیں۔ فزکس دان متعدد فریم ورکس کی تلاش کر رہے ہیں، ہر ایک مختلف طاقتوں کے ساتھ:
اگرچہ کوئی ابھی تک سٹرنگ تھیوری کی متحدہ رسائی سے مقابلہ نہیں کرتا، وہ تحقیق کی بھرپوری کو ظاہر کرتے ہیں۔
ایک ToE کو بالآخر قابلِ جانچ ہونا چاہیے۔ اگرچہ پلانک اسکیل موجودہ تجربات سے بہت دور ہے، فزکس دان بالواسطہ ثبوتوں کی تلاش کرتے ہیں:
اب تک، ToE ہماری رسائی سے باہر ہے، لیکن ہر صفر نتیجہ امکانات کو کاٹتا ہے۔
ایک اصلی ToE نہ صرف فزکس کو متحد کرے گی – یہ انسانی علم کو متحد کرے گی۔ یہ کوانٹم مکینکس اور ریلیٹیویٹی، مائیکرو اور میکرو، ذرہ اور کائنات کو جوڑے گی۔
پھر بھی، یہ ایک تضاد کا شکار ہے: یونیفیکیشن جو اسکیل خود ہمیشہ کے لیے تجرباتی رسائی سے باہر ہو سکتی ہے۔ ایک 100 TeV کولائیڈر پلانک اسکیل کی طرف صرف ایک حصہ تلاش کرتا ہے۔ ہمیں کاسمولوجی، ریاضیاتی تسلسل، یا بالواسطہ سگنچرز پر انحصار کرنا پڑ سکتا ہے۔
خواب اپنے فریم ورکس کی گہری خوبصورتی کی وجہ سے زندہ رہتا ہے۔ جیسا کہ ویٹن نے کہا، سٹرنگ تھیوری صرف “مساوات کا ایک مجموعہ” نہیں، بلکہ “فزکس کے لیے ایک نیا فریم ورک” ہے۔
ToE کی تلاش سٹرنگ تھیوری، SUSY، یا کسی ایک خیال کو “سچ” قرار دینے کے بارے میں نہیں ہے۔ یہ سائنسی طریقہ کے بارے میں ہے:
کہانی ختم ہونے سے دور ہے۔ لیکن یہ کھلا پن – کسی تھیوری کو مقدس نہ ماننے کی نفی – وہی ہے جو فزکس کو ایک زندہ سائنس بناتی ہے، نہ کہ ڈگما۔
فزکس کا اگلا صدی یہ ظاہر کر سکتا ہے:
یا شاید اصلی ToE کوئی ایسی چیز ہو جس کا ابھی تک کسی نے تصور بھی نہیں کیا۔
لیکن خود تلاش – متحد کرنے، سمجھانے، فطرت کو مکمل طور پر دیکھنے کی خواہش – اتنی ہی انسانی ہے جتنی کہ خود مساوات۔