अल्ट्राकोल्ड, सुपरडेंस अणु कैसे गायब हो जाते हैं

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अल्ट्राकोल्ड, सुपरडेंस अणु कैसे गायब हो जाते हैं

फेर्मोनिक परमाणुओं के संलयन से बिखरे हुए फोटॉन कैमरे पर एकत्र किए जाते हैं। जैसे-जैसे पहनावा का तापमान घटता जाता है, परमाणुओं के माध्यम से कम फोटॉन बिखरे होते हैं। श्रेय: नील्स केजोरगार्ड

परमाणु के इलेक्ट्रॉनों को ऊर्जा कोश में व्यवस्थित किया जाता है। अखाड़े में संगीत कार्यक्रम में जाने वालों की तरह, प्रत्येक इलेक्ट्रॉन एक कुर्सी पर कब्जा कर लेता है और यदि उसकी सभी कुर्सियों पर कब्जा कर लिया जाता है तो वह निचले स्तर पर नहीं जा सकता है। परमाणु भौतिकी की इस मौलिक संपत्ति को पाउली अपवर्जन सिद्धांत के रूप में जाना जाता है, और यह परमाणुओं के खोल निर्माण, तत्वों की आवर्त सारणी की भिन्नता और भौतिक ब्रह्मांड की स्थिरता की व्याख्या करता है।


अब, एमआईटी भौतिकविदों ने पाउली अपवर्जन सिद्धांत, या पाउली अवरोधन, को पूरी तरह से नए तरीके से देखा है: उन्होंने पता लगाया है कि परमाणुओं का एक बादल बिखरने वाले प्रकाश के प्रभाव को कैसे दबा सकता है।

सामान्य तौर पर, जब प्रकाश के फोटॉन परमाणुओं के बादल में प्रवेश करते हैं, तो कण एक-दूसरे को बिलियर्ड बॉल की तरह पिंग कर सकते हैं, प्रकाश फैलाने के लिए हर दिशा में फोटॉन बिखेरते हैं और इस तरह बादल को दिखाई देते हैं। हालांकि, एमआईटी टीम ने देखा कि जब अणुओं को सुपरकूल और अल्ट्रास्क्वीज किया जाता है, तो पाउली प्रभाव शुरू होता है और कणों के पास प्रकाश को प्रभावी ढंग से फैलाने के लिए कम जगह होती है। इसके बजाय फोटॉन बिना बिखरे हुए बहते हैं।

अपने प्रयोगों में, भौतिकविदों ने लिथियम परमाणुओं के एक बादल में इस प्रभाव को देखा। जैसे-जैसे वे ठंडे और सघन होते गए, परमाणु कम रोशनी बिखेरते गए और धीरे-धीरे फीके पड़ गए। शोधकर्ताओं को संदेह है कि यदि वे स्थिति को पूर्ण शून्य तापमान पर धकेलना जारी रखते हैं, तो बादल पूरी तरह से गायब हो जाएगा।

टीम परिणाम, में रिपोर्ट किया गया विज्ञान, परमाणुओं द्वारा प्रकाश-प्रकीर्णन पर पाउली के अवरोधन के प्रभाव के पहले अवलोकन का प्रतिनिधित्व करता है। 30 साल पहले इस प्रभाव की भविष्यवाणी की गई थी लेकिन अब तक नहीं देखा गया है।

एमआईटी के एक भौतिक विज्ञानी जॉन डी ने कहा, “सामान्य रूप से पाउली को अवरुद्ध करना सिद्ध हो गया है, और यह हमारे आसपास की दुनिया की स्थिरता के लिए बिल्कुल जरूरी है।” आर्थर प्रोफेसर वोल्फगैंग कैटरली कहते हैं। “हमने जो देखा है वह पॉली ब्लॉकिंग का एक बहुत ही विशिष्ट और सरल रूप है, जो यह है कि यह सभी परमाणुओं को वह करने से रोकता है जो वे स्वाभाविक रूप से करते हैं: बिखराव प्रकाश। यह पहला स्पष्ट अवलोकन है कि यह प्रभाव मौजूद है, और यह एक नया दिखाता है भौतिकी में घटना। ”

कैटरले के सह-लेखक प्रमुख लेखक और पूर्व एमआईटी पोस्टडॉक यायर मार्गलिट, स्नातक छात्र युकुन लू और फुरकान टॉप पीएचडी हैं। ’20. टीम एमआईटी के भौतिकी विभाग, एमआईटी-हार्वर्ड सेंटर फॉर अल्ट्राकोल्ड एटम्स, और एमआईटी की रिसर्च लेबोरेटरी ऑफ इलेक्ट्रॉनिक्स (आरएलई) से संबद्ध है।

हल्की किक

जब कैटरली 30 साल पहले पोस्टडॉक के रूप में एमआईटी आए, तो उनके गुरु, डेविड प्रिचर्ड, सेसिल और भौतिकी के प्रोफेसर इडा ग्रीन ने एक भविष्यवाणी की कि पाउली को अवरुद्ध करने से कुछ अणुओं को फर्मियन स्कैटर लाइट के रूप में जाना जाता है।

मोटे तौर पर उनका विचार यह था कि यदि परमाणुओं को लगभग स्थिरता पर स्थिर किया जाता है और एक तंग जगह में निचोड़ा जाता है, तो परमाणु एक भरे हुए ऊर्जा शेल में इलेक्ट्रॉनों की तरह व्यवहार करेंगे, जिसमें उनके वेग या स्थिति को बदलने के लिए कोई स्थान नहीं होगा। यदि प्रकाश के फोटॉन प्रवाहित होते, तो वे परमाणुओं को तितर-बितर और मुक्त नहीं कर पाते।

“एक परमाणु केवल एक फोटॉन को बिखेर सकता है यदि वह दूसरी कुर्सी पर जा सकता है और अपनी किक के बल को अवशोषित कर सकता है,” कैटरली बताते हैं, अखाड़ा बैठने की सादृश्यता को बुलाते हुए। “यदि अन्य सभी कुर्सियों पर कब्जा कर लिया जाता है, तो इसमें किक और स्कैटर फोटॉन को अवशोषित करने की क्षमता नहीं रह जाती है। इसलिए, परमाणु पारदर्शी हो जाता है।”

“इस घटना को पहले कभी नहीं देखा गया है, क्योंकि लोग ठंडे और घने बादलों का उत्पादन नहीं कर सके,” कैटरली ने कहा।

“परमाणु दुनिया को नियंत्रित करना”

हाल के वर्षों में, कैटरले समूह के भौतिकविदों ने परमाणुओं को अल्ट्राकोल्ड तापमान में लाने के लिए चुंबकीय और लेजर-आधारित तकनीक विकसित की है। सीमित कारक, वे कहते हैं, घनत्व था।

“यदि घनत्व पर्याप्त नहीं है, तो परमाणु कुछ कुर्सियों पर कूदकर तब तक प्रकाश फैला सकता है जब तक कि उसे कुछ जगह न मिल जाए,” कैटरली कहते हैं। “यह एक बाधा थी।”

अपने नए अध्ययन में, उन्होंने और उनके सहयोगियों ने पहले विकसित तकनीकों का उपयोग पहले फर्मियन के बादल को स्थिर करने के लिए किया था – इस मामले में, लिथियम परमाणुओं का एक विशेष आइसोटोप, जिसमें तीन इलेक्ट्रॉन, तीन प्रोटॉन और तीन न्यूट्रॉन होते हैं। उन्होंने लिथियम परमाणुओं के बादल को 20 माइक्रोसेल्विन तक स्थिर कर दिया, जो इंटरस्टेलर स्पेस के तापमान के 1 / 100,000 के बराबर है।

लू बताते हैं, “फिर हमने घनत्व को रिकॉर्ड करने के लिए अल्ट्राकोल्ड परमाणुओं को निचोड़ने के लिए एक कसकर केंद्रित लेजर का इस्तेमाल किया, जो प्रति घन सेंटीमीटर लगभग एक क्वाड्रिलियन परमाणु तक पहुंच गया।”

इसके बाद शोधकर्ताओं ने एक दूसरी लेजर बीम को क्लाउड में फ्लैश किया, जिसे उन्होंने ध्यान से कैलिब्रेट किया ताकि इसके फोटॉन अल्ट्राकोल्ड परमाणुओं को गर्म न करें या प्रकाश के गुजरने के साथ ही उनके घनत्व को बदल दें। अंत में, उन्होंने उन फोटॉनों को पकड़ने और उनकी गणना करने के लिए लेंस और कैमरों का उपयोग किया जो फैलाने में कामयाब रहे।

“हम वास्तव में कुछ सौ फोटॉनों की गिनती कर रहे हैं, जो वास्तव में आश्चर्यजनक है,” मार्गलिट कहते हैं। “फोटॉन इतनी छोटी मात्रा में प्रकाश हैं, लेकिन हमारे उपकरण इतने संवेदनशील हैं कि हम उन्हें कैमरे पर प्रकाश की छोटी बूँदों के रूप में देख सकते हैं।”

प्रिचर्ड के सिद्धांत की भविष्यवाणी के अनुसार, ठंडे तापमान और उच्च घनत्व पर, परमाणु कम और कम प्रकाश बिखेरते हैं। अपने सबसे ठंडे समय में, लगभग 20 माइक्रोसेल्विन पर, परमाणु 38 प्रतिशत मंद थे, जिसका अर्थ है कि वे कम ठंडे, कम घने परमाणुओं की तुलना में 38 प्रतिशत कम प्रकाश बिखेरते हैं।

“अल्ट्राकोल्ड और बहुत घने बादलों के इस शासन के अन्य प्रभाव हैं जो संभावित रूप से हमें धोखा दे सकते हैं,” मार्गलिट कहते हैं। “इसलिए हमने स्पष्ट माप प्राप्त करने के लिए इन प्रभावों का परीक्षण करने और उन्हें अलग रखने में कुछ अच्छे महीने बिताए।”

अब जब टीम ने देखा है कि पाउली अवरोधन वास्तव में प्रकाश को बिखेरने के लिए परमाणुओं की क्षमता को प्रभावित कर सकता है, कैटरली का कहना है कि इस बुनियादी ज्ञान का उपयोग प्रकाश को दबाने वाली सामग्री विकसित करने के लिए किया जा सकता है, उदाहरण के लिए क्वांटम कंप्यूटर में डेटा स्टोर करने के लिए।

“जब भी हम क्वांटम दुनिया को नियंत्रित करते हैं, जैसे कि क्वांटम कंप्यूटरों में, प्रकाश बिखरना एक समस्या है, और इसका मतलब है कि आपके क्वांटम कंप्यूटर से जानकारी लीक हो रही है, ” वह सोचता है। “यह प्रकाश बिखरने को दबाने का एक तरीका है, और हम परमाणु दुनिया को नियंत्रित करने के सामान्य विषय में योगदान दे रहे हैं।”

संबंधित कार्य कोलोराडो विश्वविद्यालय की एक टीम द्वारा इसी अंक में दिखाई देता है विज्ञान.


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और जानकारी:
यायर मार्गालिट, पाउली डिजेनरेट फर्मियन में प्रकाश के प्रकीर्णन को रोकता है, विज्ञान (2021)। डीओआई: 10.1126 / Science.abi6153. www.science.org/doi/10.1126/science.abi6153

मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी द्वारा प्रदान किया गया

उल्लेख: अल्ट्राकोल्ड, हाउ सुपरडेंस एटम्स डिसएपियर (2021, नवंबर 18) 22 नवंबर 2021 को https://phys.org/news/2021-11-ultracold-superdense-atoms-invisible.html से लिया गया।

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