સંશોધન-ઉપકરણન (Research Instrumentation)

સંશોધન–ઉપકરણન (Research Instrumentation) : વૈજ્ઞાનિક સંશોધન દરમિયાન તેને લગતું ઉપકરણોનું સમગ્ર તંત્ર. સામાન્ય રીતે મૂળભૂત વૈજ્ઞાનિક સંશોધનના ત્રણ તબક્કાઓ હોય છે. પ્રથમ તબક્કામાં ઘટનાઓના નિરીક્ષણ દ્વારા, ઘટના સર્જાવા પાછળ પ્રવર્તતા કોઈ વ્યાપક સિદ્ધાંતનું અનુમાન આવે. બીજા તબક્કામાં, જો અનુમાનિત સિદ્ધાંત સાચો હોય તો તે અનુસાર જે અન્ય ઘટનાઓ પણ સર્જાતી હોય તેની તારવણી આવે; અને ત્રીજા તબક્કા દરમિયાન, તારવણી અનુસારની ઘટના વાસ્તવમાં સર્જાય છે કે નહિ તે માટે કોઈ પ્રયોગ હાથ ધરાય. જોકે ઘણી વાર કુદરતી ઘટનાના વધુ ચોકસાઈપૂર્વકનાં અવલોકનો પણ પર્યાપ્ત હોઈ શકે; દા.ત., ટાઇકો બ્રાહે(Tycho Brahe)નાં અવલોકનોને આધારે કેપ્લરે (Kepler) ગ્રહોની કક્ષાગતિ માટેના નિયમો તારવ્યા. ત્યારબાદ ન્યૂટન (Newton) દ્વારા સૂચિત ગુરુત્વાકર્ષણના સિદ્ધાંતને આધારે આ નિયમો સૈદ્ધાંતિક રીતે તારવી શકાયા; પરંતુ બુધની કક્ષાનાં ઝીણવટભર્યાં અવલોકનોએ તેની વાસ્તવિક કક્ષા અને ન્યૂટનના ગુરુત્વાકર્ષણના સિદ્ધાંત અનુસાર તારવાયેલ કક્ષા વચ્ચે સહેજ વિસંવાદ દર્શાવ્યો. 1917માં આઇન્સ્ટાઇને જે વ્યાપક સાપેક્ષવાદનો સિદ્ધાંત (principle of general relativity) સૂચવ્યો તે અનુસારની ગુરુત્વાકર્ષણની ગણતરી કરતાં આ વિસંવાદ દૂર થયો. આ સમગ્ર પ્રક્રિયામાં, બુધની કક્ષાના અત્યંત ચોકસાઈપૂર્વકનાં અવલોકનો લેવા માટે જે પદ્ધતિ અને સાધનો વપરાય તેનું તંત્ર તે આ સંશોધન માટેનું ‘ઉપકરણન’ કહેવાય. આમ ‘સંશોધન-ઉપકરણન’ કોઈ ઉપકરણોનું નિશ્ચિત તંત્ર નથી, પરંતુ પ્રયોગ હાથ ધરવા માટે સર્જાયેલ, જુદાં જુદાં ઉપકરણો વાપરતું (આ ઉપકરણો જટિલ હોય કે સરળ પણ હોય) તંત્ર છે. આધુનિક ઔદ્યોગિક ક્ષેત્રે ઉત્પાદનની ગુણવત્તા પર નિયંત્રણ રાખવા માટે અનેક જટિલ ઉપકરણો વપરાય છે. વળી આધુનિક ચિકિત્સાક્ષેત્રે પણ હવે CAT Scan, NMR જેવી જટિલ સંરચનાઓ વપરાય છે; પરંતુ આ પ્રકારના ઉપયોગમાં તે ‘સંશોધન-ઉપકરણન’ કહેવાય નહિ.

સંશોધન-ઉપકરણન-તંત્રમાં હાથ ધરાતા પ્રયોગના સંયોગો પર ચોક્કસ નિયંત્રણ રાખવું જરૂરી છે. વળી જે જે પરિબળો પ્રયોગની ફલશ્રુતિને અસરકર્તા બની શકે તે બધાં જ પરિબળો જાણવાં જરૂરી છે; તો જ પ્રયોગનો નિષ્કર્ષ અસંદિગ્ધ આવી શકે. એક સાદા ઉદાહરણ દ્વારા આ સમજી શકાય : માનો કે વિવિધ તરંગલંબાઈના પ્રકાશનો, કોઈ છોડ કેટલી ક્ષમતાથી ઉપયોગ કરી શકે છે તે શોધવું છે. તો આ માટેના ઉપકરણનમાં ઊર્જાના સ્રોત દ્વારા તરંગપટની વિવિધ તરંગલંબાઈ પર થતું ઉત્સર્જન ચોકસાઈપૂર્વક જાણવું પડે. વળી જુદી જુદી તરંગલંબાઈના પ્રકાશને અલગ કરવા માટે વપરાયેલ સાધન (સામાન્ય રીતે ફિલ્ટર) દ્વારા આ તરંગલંબાઈઓ પર પ્રકાશ પસાર કરવાની ક્ષમતા જાણવી પડે. પ્રયોગમાં વપરાતા છોડના પ્રકાર અને તેની વૃદ્ધિના તબક્કાઓ પર નિયંત્રણ હોવું જોઈએ. આમ જે જે પરિબળો પરિણામને અસરકર્તા હોય તે બધાં જ તંત્રમાં આવરી લેવાં જોઈએ. પ્રયોગનું આ સમગ્ર ‘ઉપકરણન’ આ બધી જ બાબતોનો ખ્યાલ રાખીને સર્જાયું હોય તો જ પ્રયોગની ફલશ્રુતિ અસંદિગ્ધ રીતે દર્શાવી શકાય.

વિજ્ઞાનની પ્રગતિની સાથે સાથે વધુ ને વધુ ગૂઢ સિદ્ધાંતો શોધાતા જાય છે; અને આ સિદ્ધાંતોને સ્પર્શતી ઘટનાઓ મનુષ્યના સામાન્ય અનુભવની બહારની હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે જોઈએ તો સીમિત સાપેક્ષવાદ(special relativity)ની અસર પદાર્થનો વેગ લગભગ પ્રકાશના વેગ જેટલો બને (એટલે કે સેકંડે ત્રણ લાખ કિલોમિટર નજીક) ત્યારે જ વર્તાય. એ જ પ્રમાણે વિસ્તૃત સાપેક્ષવાદની અસર હેઠળ સર્જાતી અવકાશની વક્રતાની અસર અત્યંત દળદાર પદાર્થ નજીક જ જાણી શકાય. (આ સિદ્ધાંતની સૌપ્રથમ ચકાસણી ખગ્રાસ સૂર્યગ્રહણ સમયે સૂર્યની નજીક પસાર થતાં પ્રકાશકિરણો પર અવકાશની વક્રતાને કારણે સર્જાતા વળાંકને કારણે પાર્શ્ર્વભૂમિમાં રહેલ તારાઓના સ્થાનમાં જણાતા ફેરફાર માપીને એડિંગ્ટને કરી હતી.) આધુનિક ક્વૉન્ટમવાદની અસરો તો માત્ર અણુ-પરમાણુ સ્તરે જ સામાન્ય રીતે વર્તાય છે. આમ વિજ્ઞાનની પ્રગતિની સાથે સાથે ચકાસણી અર્થે યોજાતા પ્રયોગો માટેનાં ઉપકરણ પણ અત્યંત જટિલ બનતાં જાય છે. આ સંદર્ભમાં કેટલાંક ઉદાહરણો પ્રસ્તુત છે.

સૂર્ય હાઇડ્રોજન પરમાણુના નાભિનું હિલિયમ-નાભિમાં સંયોજન કરીને ઊર્જા-ઉત્પાદન કરે છે એ તો હવે સર્વસામાન્ય જ્ઞાન થયું; પરંતુ આ પ્રક્રિયા તો છેક સૂર્યના કેન્દ્રમાં ચાલે છે અને સૂર્યની ઊર્જા તો તેની સપાટી પરથી મળે છે.

નાભિકીય પ્રક્રિયા (હાઇડ્રોજનનું હિલિયમમાં રૂપાંતર) દરમિયાન જે ઊર્જા ગૅમા કિરણો સ્વરૂપે બહાર પડે છે, તે સૂર્યની સપાટી સુધી આવતાં, વિવિધ પ્રક્રિયાઓ દ્વારા પ્રકાશ-વિકિરણોનું સ્વરૂપ ધારણ કરે છે; પરંતુ આ માટે તેને સરેરાશ દસ લાખ વર્ષ જેવો સમય લાગે છે ! આમ જો નાભિકીય પ્રક્રિયાની ઝડપમાં કોઈ ફેરફાર થાય તો સૂર્યની તેજસ્વિતામાં તેને કારણે થતો ફેરફાર તો લગભગ આવા સમય પછી જ વર્તાય. આમ સૂર્યની નાભિકીય પ્રક્રિયાની વિગત જાણવા માટે પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉત્સર્જિત અન્ય પ્રકારના વિકિરણને જાણવું પડે, જે સૂર્યના કેન્દ્રમાંથી વધુ ત્વરિત પહોંચી શકે છે. નાભિકીય પ્રક્રિયા દરમિયાન ગૅમા કિરણો ઉપરાંત ન્યૂટ્રિનો કણોનું પણ ઉત્સર્જન થાય છે. [રેડિયોઍક્ટિવ ક્ષયપ્રક્રિયા દરમિયાન b-ક્ષય પ્રકારનો ક્ષય કે જેમાં કોઈ નાભિ-ઇલેક્ટ્રૉનનું ઉત્સર્જન કરીને એક વધુ પરમાણુક્રમાંકના નાભિમાં ફેરવાય છે; તેને લગતી કેટલીક સમસ્યાઓના ઉકેલ તરીકે 1930માં વુલ્ફગેંગ પાઉલી (Wolfgang Pauli) નામના વૈજ્ઞાનિકે આવો કણ ન્યૂટ્રિનો (neutrino) પણ ઇલેક્ટ્રૉનની સાથે સાથે જ ઉત્સર્જિત થતો હોવો જોઈએ એમ સૂચન કર્યું. પ્રાયોગિક રીતે તેનું અસ્તિત્વ તો છેક 1956માં નોંધાયું.] આ ન્યૂટ્રિનો કણોની વિશિષ્ટતા એ છે કે તેની અન્ય પદાર્થ સાથેની આંતરક્રિયા (interaction) અત્યંત નિર્બળ હોય છે. કેન્દ્રમાં ઉત્સર્જિત ન્યૂટ્રિનો માટે સમસ્ત સૂર્ય પણ લગભગ ‘પારદર્શક’ છે ! આમ નાભિકીય પ્રક્રિયા દ્વારા ઉત્સર્જાયેલ ન્યૂટ્રિનો તરત જ મળે છે અને તેમનો પ્રવાહ માપીને નાભિકીય પ્રક્રિયાની વિગત જાણી શકાય છે. જે કારણે ન્યૂટ્રિનો માટે સૂર્ય પારદર્શક બને છે તે કારણે, (તેમની નિર્બળ આંતરક્રિયા) તેમને ‘પકડવાનું’ પણ મુશ્કેલ બનાવે છે ! સૂર્યના કેન્દ્રમાં ચાલતી નાભિકીય પ્રક્રિયાઓને કારણે સૂર્યમાંથી ઉત્સર્જિત ન્યૂટ્રિનો કણોના પ્રવાહની માત્રા જાણવા માટેનો એક પ્રયોગ ડેવિસ (Davis) નામના અમેરિકન વૈજ્ઞાનિક દ્વારા 1970માં હાથ ધરાયો. ન્યૂટ્રિનો કણો અત્યંત નિર્બળ આંતરક્રિયા કરતા હોવાથી આ પ્રકારનો પ્રયોગ ખાસ્સો જટિલ હોય તે તો દેખીતું જ છે, પરંતુ પ્રયોગની પદ્ધતિ અને તે માટે વપરાયેલ ઉપકરણ પણ નોંધવા જેવાં છે.

ન્યૂટ્રિનો દ્વારા સર્જાતી એક નાભિકીય પ્રક્રિયામાં, ન્યૂટ્રિનો કણો ક્લોરિન વાયુના એક સ્થાયી સમસ્થાનિક (stable isotope) ના નાભિ સાથે અથડામણ દ્વારા  + n ડ્ડ Ar +  પ્રક્રિયા કરીને આર્ગોન વાયુનો અસ્થાયી સમસ્થાનિક સર્જે છે. (‘n’ ન્યૂટ્રિનો માટેની સંજ્ઞા છે, ‘’ ઇલેક્ટ્રૉન માટેની.) સામાન્ય ક્લોરિન વાયુમાં 75 %   સમસ્થાનિક હોય અને 25 %  હોય. ન્યૂટ્રિનો કણોના પ્રવાહની માત્રા જાણવા માટે ડેવિસ દ્વારા અપનાવાયેલ પદ્ધતિમાં આ રીતે સર્જાયેલ Arનું પ્રમાણ મેળવવાનું હોય છે. Ar સમસ્થાનિક સ્થાયી તો નથી, પરંતુ લગભગ 35 દિવસ જેવા પ્રમાણમાં લાંબા ગણાય તેવા અર્ધજીવનકાળ (half life) સાથે, ‘ઇલેક્ટ્રૉન કૅપ્ચર’ નામે ઓળખાતી નાભિકીય પ્રક્રિયા દ્વારા ફરીથી માં રૂપાંતર પામે છે. આમ ન્યૂટ્રિનો દ્વારા નું Arમાં રૂપાંતર, અને ‘ઇલેક્ટ્રૉન કૅપ્ચર’ દ્વારા તેનું ફરીથી માં પરિવર્તન  આવી એકસાથે ચાલતી બે વિરુદ્ધ દિશાની પ્રક્રિયાઓને કારણે નિશ્ચિત સમય બાદ Arનું પ્રમાણ સ્થાયી થઈ જાય. આ રીતે (ઘણી અલ્પ માત્રામાં) સર્જાયેલ આર્ગોન વાયુનું પ્રમાણ એક અત્યંત ચોકસાઈભરી રીત (જેની વિગતમાં નહિ ઊતરીએ) વાપરીને નક્કી કરી શકાય છે અને તેના પરથી ન્યૂટ્રિનો-પ્રવાહની માત્રા (ચોરસમીટરદીઠ પ્રતિ સેકન્ડ આવતા ન્યૂટ્રિનોની સંખ્યા) મેળવી શકાય છે. ડેવિસે સૂર્યમાંથી આવતા ન્યૂટ્રિનોની સંખ્યાનું પ્રમાણ જાણવા માટે આ રીત અપનાવી હતી.

આપણી આસપાસના સમગ્ર ક્ષેત્રમાં હંમેશાં ન્યૂટ્રિનોનો પ્રવાહ તો હોય જ; (પરંતુ નિર્બળ આંતરક્રિયાને કારણે તે જણાતો નથી.) આમ સામાન્ય રીતે ક્લોરિન કે ક્લોરિન ધરાવતા રસાયણમાં, અલ્પ માત્રામાં આ રીતે સર્જાયેલ આર્ગોન તો હોવાનો જ. આ કારણે ડેેવિસે પ્રયોગના પ્રારંભમાં, હિલિયમ પસાર કરીને જેમાંથી આર્ગોન વાયુ સંપૂર્ણપણે નિતારી (purged) લીધો હોય તેવા, ટેટ્રાક્લોરોઇથિલીન (Tetrachloroethylene  C2Cl4) નામના પ્રવાહી વડે, જમીનથી 1.4 કિમી. ઊંડે એક સોનાની ખાણમાં (Homestake mineUSA) ચાર લાખ લિટરની ટાંકી ભરી. ત્યારબાદ સતત હાથ ધરાયેલા આ પ્રયોગમાં દર 35 દિવસને આંતરે હિલિયમ વાયુ પસાર કરીને, આ હિલિયમ વાયુમાં Arનું પ્રમાણ માપવાનું શરૂ કર્યું. ન્યૂટ્રિનોની  સાથેની આંતરક્રિયા (interaction) એવી તો નબળી હતી કે આ સંપૂર્ણ પ્રક્રિયા દરમિયાન ગણ્યાગાંઠ્યા Ar જ ઉત્પન્ન થયેલા જણાયા ! વર્ષો સુધી હાથ ધરાયેલ આ પ્રયોગના નિષ્કર્ષમાં જણાયું કે સૂર્યના કેન્દ્રમાં ધાર્યા કરતાં ફક્ત ત્રીજા ભાગના જ ન્યૂટ્રિનો ઉત્સર્જાતા જણાય છે ! આ પ્રયોગને આધારે ન્યૂટ્રિનો કણો સંપૂર્ણપણે દળહીન નથી, પરંતુ અત્યંત અલ્પ માત્રાનું પણ નિશ્ચિત દળ ધરાવે છે એ માન્યતાને સમર્થન મળ્યું. ન્યૂટ્રિનો એક જ પ્રકારના નહિ, પરંતુ ત્રણ અલગ પ્રકારના હોય છે : ઇલેક્ટ્રૉન-ન્યૂટ્રિનો, મ્યુઓન-ન્યૂટ્રિનો અને ટાઉઓન-ન્યૂટ્રિનો. જો ન્યૂટ્રિનો અલ્પમાત્રાનું નિશ્ચિત દળ ધરાવતા હોય તો તેમનું એકમેકમાં પરિવર્તન થતું રહે. ડેવિસનો પ્રયોગ ફક્ત ઇલેક્ટ્રૉન-ન્યૂટ્રિનો મેળવે છે. વિસંવાદ પાછળનું આ કારણ મનાય છે.

આ પ્રકારના પ્રયોગ માટે વિવિધ ઉપકરણો વાપરીને જે સમગ્ર તંત્ર રચાય છે, તેને તે માટેનું સંશોધન-ઉપકરણન કહેવાય છે.

એક અન્ય આધુનિક જટિલ પ્રયોગમાં વપરાયેલ ઉપકરણનું ઉદાહરણ અહીં પ્રસ્તુત છે :

ભૌતિકવિજ્ઞાનમાં અનુભવાતા ચાર પ્રકારનાં બળો : ગુરુત્વીય બળ, કુલંબ બળ, નાભિકણોને જકડી રાખતું બળ તથા હમણાં જે વાત કરી તે પ્રકારની ન્યૂટ્રિનો સાથે આંતરક્રિયા દરમિયાન પરમાણુના નાભિ અને તેની વચ્ચે પ્રવર્તતું બળ. ગુરુત્વીય બળને ગુરુત્વાકર્ષી આંતરક્રિયા (gravitational interaction) કહેવાય છે. કુલંબ બળને વિદ્યુતચુંબકીય આંતરક્રિયા (electromagnetic interaction) કહેવાય છે. આ બંને પ્રકારનાં બળ લાંબા અંતર સુધી પ્રવર્તતાં ગુરુ અંતર બળો (long range forces) છે. આની સામે નાભિકીય પ્રક્રિયાઓમાં જણાતા તીવ્ર બળ (strong force) અને મંદ બળ (weak force) અત્યંત ટૂંકા અંતર પર જ પ્રવર્તે છે. (નાભિકણોને જકડી રાખતું તીવ્ર બળ અને ન્યૂટ્રિનો તેમજ ઇલેક્ટ્રૉન જેવા કણો પર અસરકર્તા તે ક્ષીણ બળ કે મંદ બળ.) ભૌતિકવિજ્ઞાનના જે મૂળભૂત સિદ્ધાંતો છે, તે અનુસાર વિજ્ઞાનીઓની દૃઢ માન્યતા છે કે આ ચારેય બળો એક જ બળના ઓછી ઊર્જાના સંયોગોમાં ભિન્ન વર્તાતાં અંગો છે. જેમ આંતરક્રિયા(interaction)ની ઊર્જા વધે તેમ જુદાં જણાતાં બળો ‘એકરૂપ’ બનતાં જાય ! આને એકીકરણ (unification) કહેવાય છે. આ ધારણા અનુસાર સૌપ્રથમ ‘એકરૂપતા’, કુલંબ બળ (electromagnetic interaction) અને મંદ બળ (weak interaction) વચ્ચે ઉદ્ભવવી જોઈએ. આ માટે 1960માં અબ્દુસ સલામ, ગ્લૅશૉવ અને વીનબર્ગ (Salam, Glashow અને Weinberg) નામના વૈજ્ઞાનિકોએ વિદ્યુતમંદ આંતરક્રિયા(electro weak interaction)નો સિદ્ધાંત તારવ્યો જે વિદ્યુતચુંબકીય અને મંદ આંતરક્રિયાનો સમન્વય હતો. (આ સિદ્ધાંત માટે તેમને નોબેલ પુરસ્કાર મળ્યો હતો.) પરંતુ આ સિદ્ધાંત જો સાચો હોય તો આ પ્રકારની પ્રબળ આંતરક્રિયા (અર્થાત્ અત્યંત ઊર્જાવાન્ કણો વચ્ચે અથડામણ દરમિયાન સર્જાતી આંતરક્રિયા) સમયે બે નવા જ પ્રકારના અલ્પજીવી કણો સર્જાવા જોઈએ તેમ તારવાયું, અને આ કણોને W અને Z નામ અપાયું. હવે પ્રશ્ન થયો આ સિદ્ધાંતની પ્રાયોગિક ચકાસણીનો ! આ માટેનો પ્રયોગ કાર્લો રુબિયા નામના વૈજ્ઞાનિકે 1983માં હાથ ધર્યો. અગાઉ જણાવ્યા અનુસાર વિદ્યુતચુંબકીય અને મંદ બળોનો સમન્વય અત્યંત ઊર્જાવાન્ આંતરક્રિયા દરમિયાન જ વર્તાય. પ્રોટૉન કણોને પ્રવેગિત કરવા માટે તેમણે CERN(Geneva)ના કણપ્રવેગક (particle accelerator)નો ઉપયોગ કર્યો, જેના વર્તુળનો પરિઘ 6 કિમી. લંબાઈનો છે ! તે સમયનું આ સૌથી શક્તિશાળી કણપ્રવેગક હતું; પરંતુ આવા કણપ્રવેગક દ્વારા પ્રવેગિત કરાયેલ પ્રોટૉન કણોની ઊર્જા પણ જરૂરી આંતરક્રિયા માટેની ઊર્જા માટે પર્યાપ્ત નહોતી, એટલે રુબિયાએ એક તરકીબ અજમાવી. પ્રોટૉનના પ્રકારના જ, પરંતુ તેનાથી વિરુદ્ધ વીજભાર ધરાવતા પ્રતિપદાર્થ પ્રકારના પ્રતિપ્રોટૉન (antiproton) કણોને વિરુદ્ધ દિશામાં આવી જ રીતે પ્રવેગિત કરીને પછી આ પ્રવેગિત પ્રોટૉન અને પ્રતિપ્રોટૉન કણો જે સામસામી દિશામાં ગતિ કરતા હતા તેમને અથડાવી માર્યા ! હવે આ અથડામણ દરમિયાન આંતરક્રિયા પર્યાપ્ત ઊર્જાવાન્ હતી અને પરિણામે રુબિયાને આ આંતરક્રિયા દરમિયાન ઉત્પન્ન થયેલ W પ્રકારના અલ્પજીવી કણોનું અસ્તિત્વ જાણવા મળ્યું. 1983માં હાથ ધરાયેલ આ પ્રયોગ માટે રુબિયાને 1984નો નોબેલ પુરસ્કાર મળ્યો.

W કણની ઓળખ માટે વપરાયેલ સાધન (જે રુબિયા અને તેના સહયોગીઓેએ બનાવ્યું હતું) તે UA₁ સંસૂચક (detector) નામે ઓળખાય છે. બે કરોડ પાઉન્ડના ખર્ચે સર્જાયેલ આ સંસૂચક બે માળના મકાન જેટલું ઊંચું હતું ! આ સાધનમાં એવું પ્રાવધાન હતું કે તેના કેન્દ્રસ્થાને સર્જાતી પ્રોટૉન અને પ્રતિપ્રોટૉનની અથડામણને કારણે ઉત્સર્જિત થતા બધા કણોનો બધી દિશાઓમાંથી અભ્યાસ કરી શકાય. આમાં પ્રસ્ફુરણ-ગણત્ર (scintillation counter) નામના ઉપકરણ(જે ઉત્પન્ન થયેલા નવા કણોને નોંધે છે)નો ઉપયોગ થયો હતો, પણ કેવી રીતે ? સીસાની ઈંટો વચ્ચે આવાં કાઉન્ટર રાખીને આવાં અનેક કાઉન્ટરોની થપ્પીઓ બનાવી હતી, જેથી ઉત્પન્ન થયેલ કણોની ઊર્જા માપી શકાય ! આમાં કુલ 100 ટન સીસું વપરાયું હતું ! દરેક અથડામણના પરિણામને 4 માઇક્રો સેકન્ડ (માઇક્રો સેકન્ડ = સેકન્ડનો દસ લાખમો ભાગ) જેવા સમયમાં નોંધીને દરેક અથડામણના પરિણામનું વિશ્લેષણ કરાતું; 6 માસ સુધી આ પ્રયોગ સતત હાથ ધરાયો તેના પરિણામે 5 ઘટનાઓ નોંધાઈ, જેમાં W કણનું સર્જન ચોક્કસપણે જાણવા મળ્યું ! પરંતુ W કણના અસ્તિત્વનો પુરાવો જ મહત્ત્વનો હતો, કારણ કે આ કણનું અસ્તિત્વ, કુલંબ બળ (electromagnetic force) અને મંદ બળ(weak force)નો આવી ઊર્જાવાન્ આંતરક્રિયા દરમિયાન થતો સમન્વય પુરવાર કરતું હતું. (બીજા, ‘Z’ કણનું અસ્તિત્વ ત્યારબાદ શોધાયું.) આના પરથી સ્પષ્ટ થશે કે કેટલાક આધુનિક સંશોધનમાં કેવા પ્રકારના જટિલ અને ખર્ચાળ ઉપકરણ વપરાય છે. પ્રયોગ માટે સર્જાયેલ સમગ્ર તંત્રને આમાં ‘ઉપકરણન’ કહેવાય; પરંતુ સાથે સાથે એ ખ્યાલ પણ રાખવાનો છે કે સંશોધન માટેનું ઉપકરણન હંમેશાં અત્યંત જટિલ અને ખર્ચાળ હોય એ કંઈ આવશ્યક નથી; દા.ત., ક્વૉન્ટમ યંત્રશાસ્ત્રના મૂળભૂત સિદ્ધાંત અનુસાર પ્રકાશનું પ્રસરણ તેના કણો (જે ‘ફોટૉન’ કહેવાય છે) તે સ્વરૂપે થાય છે; પરંતુ સાથે સાથે પ્રકાશ, તરંગ સ્વરૂપે જ પ્રસરણ દ્વારા સમજી શકાતી વ્યતિકરણ (interference) ઘટના પણ દર્શાવે છે. આ સંબંધે એક મહત્ત્વનો તાત્ત્વિક પ્રશ્ન હતો કે એક જ ફોટૉન પોતાની સાથે જ વ્યતિકરણ દર્શાવે કે પછી વ્યતિકરણ ઘટના અલગ અલગ ફોટૉન વચ્ચે સર્જાય છે ? સામાન્ય તર્ક તો એવું જ સૂચવે કે અલગ અલગ ફોટૉન એકબીજા સાથે વ્યતિકરણ (interference) કરતા હોવા જોઈએ; પણ ક્વૉન્ટમ યંત્રશાસ્ત્રનો મૂળભૂત સિદ્ધાંત તો જણાવે છે કે દરેક ફોટૉન પોતાની ખુદની સાથે જ વ્યતિકરણ ઘટના સર્જે છે ! આ માટે એમ પણ સ્વીકારવું પડે કે સ્રોતમાંથી ઉત્સર્જિત કોઈ પણ ફોટૉન કણ, અંશત: એકસાથે બંને રંધ્રો(slits)માંથી પસાર થાય છે ! (પ્રયોગ આકૃતિ દ્વારા દર્શાવેલ છે.) સામાન્ય અનુભવથી તો આ માન્યામાં ન આવે તેવી બાબત છે, પરંતુ પ્રમાણમાં સરળ કહી શકાય તેવા ઉપકરણનની મદદથી તેની વાસ્તવિકતા ચકાસાઈ છે. Imaging Photon Detector (IPD) નામે ઓળખાતા એક સાધન વડે કોઈ સ્રોતમાંથી આવતા પ્રત્યેક ફોટૉન(photon)ને અલગ અલગ, તે આ સાધનના પડદા પર ક્યાં આપાત થાય છે તે જાણી શકાય છે. અત્યંત ઝાંખા સ્રોતમાંથી પ્રકાશ આવતો હોય તો આ ફોટૉન એક પછી એક પડદા પર નોંધાતા જાય.

જેને ભૌતિક વિજ્ઞાનમાં દ્વિ-સ્લિટ (double slit) વ્યતિકરણ પ્રયોગ કહે છે. [આ પ્રકારના પ્રયોગ દ્વારા યંગ (Young) નામના વૈજ્ઞાનિકે 1608માં પ્રકાશનું તરંગસ્વરૂપ તારવ્યું હતું.] તે પ્રકારનો પ્રયોગ અત્યંત ઝાંખા પ્રકાશસ્રોત અને Imaging Photon Detector વાપરીને કરાયો તો જણાયું કે શરૂઆતમાં પડદા પર અવ્યવસ્થિત જણાતાં સ્થાનોએ નોંધાતા ફોટૉન, થોડા સમય બાદ પડદા પર નિશ્ચિત વ્યતિકરણ ભાત (interference pattern) સર્જતા જણાય છે. આમ વ્યતિકરણ-ઘટના મૂળમાં ફોટૉન પડદા પર કયા સ્થાને નોંધાશે તેની સંભવિતતા (probability) દર્શાવતી ઘટના છે એ સિદ્ધ થયું. જ્યારે બેમાંથી એક રંધ્ર બંધ કરી દેવામાં આવે છે ત્યારે પડદા પર માત્ર એક રંધ્રની વિવર્તન(diffraction)ભાત જણાય છે. ઉપર્યુક્ત પ્રયોગમાં વપરાયેલ સંસૂચક તે થયું ઉપકરણ અને સમગ્ર પ્રયોગનું તંત્ર તે થયું ઉપકરણન.

જ્યોતીન્દ્ર ન. દેસાઈ