परमाणु की चाल पकड़ने को किया ऐसा रिसर्च कि दिमाग हिल जाएगा, आसान भाषा में समझिए नोबेल विजेताओं ने क्या किया
सारे पदार्थ परमाणुओं से बने होते हैं और सभी परमाणुओं में उप-परमाणु कण होते हैं। लेकिन परमाणुओं के अंदर क्या होता है? यह एक ऐसा रहस्य है जिसका उत्तर अभी भी स्पष्ट नहीं है। कोई परमाणु चलता विचरण कैसे करता है, अगर यह देखा जा सके तो बहुत मदद मिल जाएगी। लेकिन यहां दो समस्याएं हैं: एक, परमाणु नग्न आंखों से दिखाई नहीं देते हैं, और दूसरा, वे इतनी तेजी से चलते हैं कि लंबे समय तक उनका सटीक अध्ययन करना असंभव है। कोई वस्तु जो इतनी तेजी से गति करे कि उसे नग्न आंखों से देखना मुश्किल हो जाए, उसका फोटो लेना भी संभव है, मसलन हेलीकॉप्टर के ब्लेडों का घूमना, घोड़े के पैर, चिड़ियों का पंख फड़फड़ाना आदि।
ऐसी तस्वीरें लेने के पीछे सिद्धांत यह है कि कैमरे की शटर स्पीड – जो प्रकाश के संपर्क की लंबाई निर्धारित करती है – उसका उस वस्तु के एक चक्र से छोटा (या तेज) होना जरूरी होता है जिसकी तस्वीर खींची जा सकती है। हमिंगबर्ड्स अपने पंखों को प्रति सेकंड लगभग 80 बार फड़फड़ाते हैं, इसलिए यूएस का नैशनल वाइल्डलाइफ फेडरेशन कहता है कि ‘उस चिड़िया की तस्वीर लेने के लिए आपको सेकंड का हजारवां या दो हजारवां हिस्से जितनी शटर स्पीड का उपयोग करना होगा’। यानी चिड़िया के पंख फड़फड़ाने की वास्तविक गति से बहुत तेज।
सेकंड एक अरबवें हिस्से का एक अरबवां हिस्सा!
सवाल है कि परमाणु कितनी तेजी से चलते हैं? जवाब है- उनकी स्पीड इतनी ज्यादा है कि उसे सेकंड के एक अरबवें का करोड़वां हिस्सा बताया जा सकता है। इस यूनिट का एक नाम है: फेमटोसेकंड। विज्ञान ने लेजर से उत्पादित किए जा सकने वाले सबसे छोटे पल्सेस के उपयोग से परमाणुओं की स्पीड कैप्चर करने के कोड को क्रैक करने में कामयाबी हासिल की है। लेकिन याद रहे कि हम सब-एटोमिक पार्टिकल्स की बात कर रहे हैं। नोबेल फाउंडेशन आगे कहता है कि ‘इलेक्ट्रॉनों की दुनिया में एक से लेकर कुछ सौ एटोसेकंड्स के बीच की गति से पॉजिशन और एनर्जी बदलते हैं…’ फेमटोसेकंड लाइट पल्सेस, इलेक्ट्रॉनों की गति को कैप्चर करने में मददगार नहीं हो पाते हैं, क्योंकि ‘वे इतनी जल्दी मूवमेंट करते हैं कि उनमें आए बदलाव एक फेमटोसेकंड में धुंधले पड़ जाते हैं’। यह उस तरह है मानो किसी चिड़िया के पंख फड़फड़ाने को बहुत कम शटर स्पीड वाले कैमरे से कैप्चर किया जाए।
जब जमैका के उसैन बोल्ट ने 2009 में 100 मीटर की दौड़ में पुरुषों का विश्व रिकॉर्ड बनाया, तो उनके और दूसरे स्थान पर रहने वाले अमेरिका के टायसन गे के बीच का अंतर 0.13 सेकंड था। इस मामले में, सेकंड को 100 भागों में विभाजित किया गया था। लेकिन एटोसेकंड के लिए सबसे पहले हमें एक सेकंड को एक अरब भागों में विभाजित करना होगा। फिर, हमें उन अरब भागों में से एक लेना है और फिर उसे एक अरब भागों में विभाजित करना है। आपके पास एक अरबवें हिस्से का एक अरबवां हिस्सा आ गया। इस साल के भौतिकी नोबेल पुरस्कार जीतने वाली तिकड़ी ने इसी छोटे समय के पैमाने पर लेजर लाइट की इतने छोटी पल्सेस को पैदा करने के लिए काम किया है जो वैज्ञानिकों को इलेक्ट्रॉनों की तस्वीरें लेने में मदद करते हैं। उन्होंने इसे ‘एटोसेकंड स्पेक्ट्रोस्कॉपी’ नामक किसी चीज के जरिए संभव बनाया है।
यहां दो अवधारणाएं प्रासंगिक हैं: प्रकाश और प्रकाश की पल्सेस। प्रकाश, निश्चित रूप से, तरंगों से बना होता है। पल्स ‘प्रकाश तरंग में एक ही अवधि की लंबाई है, वह चक्र जहां यह एक शिखर तक ऊपर की ओर झूलता है, फिर नीचे एक गर्त तक और वापस अपने प्रारंभिक बिंदु पर वापस जाता है’। 1980 के दशक में सब-एटोमिक पार्टिकल्स को देखने के प्रयास इसलिए परिणाम नहीं दे पाए क्योंकि सामान्य लेजर सिस्टम एक फेमटोसेकंड से छोटी पल्सेस को पैदा नहीं कर सकते थे। लेकिन वैज्ञानिक जानते थे कि प्रकाश के किसी भी वेव फॉर्म को विशेष आकारों की कई तरंगदैर्ध्य (वेवलेंग्थ्स) को मिलाकर बनाया जा सकता है। इसलिए, सबसे छोटी संभव वेवलेंग्थ या एटोसेकंड पल्स प्राप्त करने के लिए वैज्ञानिकों को कई छोटी वेवलेंग्थ को मिलाना था।
इस ट्रिक में लेजर लाइट को गैस से होकर गुजारना भी शामिल है। इससे पैदा होने वाले ओवरटोन कहलाते हैं। ओवरटोन वो तरंगें होती हैं जो मूल तरंग या प्रारंभिक लेजर बीम द्वारा पूरा किए गए प्रत्येक चक्र के लिए कई चक्र पूरा करती हैं। 1987 में ऐनी लुइलियर और फ्रांस में उनके सहयोगियों ने एक इन्फ्रारेड लेजर बीम को एक नोबल गैस से गुजारकर ओवरटोन का उत्पादन किया। दृश्य प्रकाश के मुकाबले इन्फ्रारेड लाइट में लंबी वेवलेंग्थ होती है, जिसका अर्थ है कि वे नग्न आंखों को दिखाई नहीं देती हैं। लुइलियर के प्रयोग में इन्फ्रारेड लाइट का उपयोग करने का लाभ यह हुआ कि इसने समान प्रकाश तीव्रता के कई ओवरटोन बनाए। इस प्रकार, उम्मीद पर खरा उतरने वाले वेवलेंग्थ बनाने की एक शर्त पूरी हो गई।
