भूमिगत तकनीक सिलिकॉन, उप-परमाणु के बारे में महत्वपूर्ण नए विवरण प्रदान करती है

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भूमिगत तकनीक सिलिकॉन, उप-परमाणु के बारे में महत्वपूर्ण नए विवरण प्रदान करती है

नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड एंड टेक्नोलॉजी (एनआईएसटी) में नई तकनीक का उपयोग करते हुए, एनआईएसटी शोधकर्ताओं के नेतृत्व में एक अंतरराष्ट्रीय सहयोग ने तकनीकी रूप से महत्वपूर्ण सिलिकॉन क्रिस्टल के पहले अपरिचित गुणों को उजागर किया है और एक महत्वपूर्ण उपमितीय कण और लंबे पांचवें बल के बारे में नई जानकारी का खुलासा किया है। प्रकृति का।

सिलिकॉन क्रिस्टल में न्यूट्रॉन नामक उप-परमाणु कणों को लक्षित करके और सुरुचिपूर्ण संवेदनशीलता के साथ परिणामों को देखकर, एनआईएसटी वैज्ञानिक तीन असाधारण परिणाम प्राप्त करने में सक्षम थे: एक अद्वितीय विधि का उपयोग करके 20 वर्षों में एक महत्वपूर्ण न्यूट्रॉन संपत्ति का पहला माप; सिलिकॉन क्रिस्टल पर गर्मी से संबंधित कंपन के प्रभावों का सबसे सटीक माप; स्थैतिक भौतिकी के सिद्धांतों से परे एक संभावित “पांचवें बल” की ताकत की सीमाएं।

शोधकर्ताओं ने जर्नल में अपने निष्कर्षों की रिपोर्ट की विज्ञान.

परमाणु स्तर पर क्रिस्टलीय सामग्री के बारे में जानकारी प्राप्त करने के लिए, वैज्ञानिक आमतौर पर क्रिस्टल में कणों (जैसे एक्स-रे, इलेक्ट्रॉनों या न्यूट्रॉन) को बीम कोण, तीव्रता और आकार से गुजरते हुए या ग्रहों से गुजरते हुए लक्षित करते हैं। क्रिस्टल के लड्डू जैसे परमाणु ज्यामिति।

क्वांटम कंप्यूटिंग सहित अगली पीढ़ी के अनुप्रयोगों के लिए माइक्रोचिप घटकों और विभिन्न उपन्यास नैनोमटेरियल के इलेक्ट्रॉनिक, यांत्रिक और चुंबकीय गुणों को वर्गीकृत करने के लिए यह जानकारी महत्वपूर्ण है। पहले से ही बहुत कुछ जानते हैं, लेकिन लगातार उत्तरोत्तर व्यापक ज्ञान की आवश्यकता है।

“सिलिकॉन की क्रिस्टल संरचना, ‘सार्वभौमिक’ सब्सट्रेट या इसके अंतर्निहित सभी अंतर्निहित सामग्रियों की व्यापक उन्नत समझ, माप सटीकता के क्वांटम प्रभावों द्वारा परिभाषित क्षेत्र के पास संचालित तत्वों की प्रकृति को समझने में महत्वपूर्ण होगी, “एनआईएसटी के वरिष्ठ परियोजना वैज्ञानिक माइकल हूपर ने कहा।

न्यूट्रॉन, परमाणु और कोण

सभी क्वांटम वस्तुओं की तरह, न्यूट्रॉन में बिंदु जैसे कण और तरंग गुण होते हैं। जैसे ही एक न्यूट्रॉन क्रिस्टल के माध्यम से यात्रा करता है, यह ऊपरी या ब्रॉक प्लेन नामक परमाणुओं की पंक्तियों और चादरों के बीच खड़ी तरंगें (एक छीनी हुई गिटार स्ट्रिंग की तरह) पैदा करता है। भौतिकी की भाषा में, जब तरंगें दो रास्तों में से प्रत्येक से जोड़ती हैं या “हस्तक्षेप करती हैं”, तो वे धुंधली आकृतियाँ बनाती हैं जिन्हें पेंडुलम दोलन कहा जाता है जो उन बलों की अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं जो न्यूट्रॉन क्रिस्टल के भीतर अनुभव करते हैं।

“दो समान गिटार की कल्पना करो,” हूपर ने कहा। उन्हें उसी तरह बाहर खींचो, और जब तार कंपन करते हैं, तो एक सड़क पर गति बाधाओं के साथ दौड़ें – यानी, जाली में परमाणुओं के विमानों के साथ – और अन्य बाधाओं पर समान लंबाई पर कुंद रूप से दौड़ें – चलने के समान जाली विमानों के बीच। दो गिटार से ध्वनियों की तुलना करने से हमें गति बाधाओं के बारे में पता चलता है: वे कितने बड़े हैं, वे कितने नरम हैं, और क्या उनके पास दिलचस्प आकार हैं? “

किडर्सबर्ग, मैरीलैंड में एनआईएसटी सेंटर फॉर न्यूट्रॉन रिसर्च (एनसीएनआर) में हालिया काम ने जापान, संयुक्त राज्य अमेरिका और कनाडा में शोधकर्ताओं को सिलिकॉन क्रिस्टल संरचना के सटीक माप में चार गुना सुधार करने के लिए प्रेरित किया है।

पूरी तरह से तटस्थ न्यूट्रॉन नहीं

एक उल्लेखनीय निष्कर्ष में, वैज्ञानिकों ने न्यूट्रॉन के विद्युत “चार्ज त्रिज्या” को त्रिज्या मान में अनिश्चितता के साथ बनाने के एक नए तरीके का उपयोग करके अधिक सटीक पूर्वकल्पित धारणाओं के साथ प्रतिस्पर्धा की। न्यूट्रॉन, जैसा कि उनके नाम का तात्पर्य है, विद्युत रूप से तटस्थ हैं। लेकिन वे तीन मूल आवेशित कणों से बने होते हैं जिन्हें विभिन्न विद्युत गुणों वाले कंपोजिट कहा जाता है।

परिणामस्वरूप, एक प्रकार के क्वार्क से ऋणात्मक आवेश मुख्यतः न्यूट्रॉन के बाहरी भाग की ओर होता है, जबकि जाल धनात्मक आवेश केंद्र की ओर स्थित होता है। उन दो सांद्रता के बीच की दूरी “आवेश त्रिज्या” है। वह आयाम, जो बुनियादी भौतिकी के लिए महत्वपूर्ण है, इसी तरह के प्रयोगों द्वारा मापा जाता है, जिसके परिणाम काफी भिन्न होते हैं। नया बेंटेलसुंग डेटा इन विसंगतियों को जन्म देने वाले कारकों से प्रभावित नहीं था।

विद्युत आवेशित वातावरण में पेंडुलम दोलनों को मापना चार्जिंग त्रिज्या को मापने का एक अनूठा तरीका प्रदान करता है। “जब एक न्यूट्रॉन क्रिस्टल में होता है, तो यह परमाणु बादल के अंदर ठीक होता है,” एनआईएसटी के पहले लेखक बेंजामिन हाइकोक ने कहा। विज्ञान कागज़।

“वहां, क्योंकि आवेशों के बीच की दूरी इतनी छोटी है, एक सौ मिलियन वोल्ट प्रति सेंटीमीटर की दर से इंट्राटॉमिक विद्युत क्षेत्र इतने बड़े हैं। उस बहुत बड़े क्षेत्र के कारण, हमारी तकनीक इस तथ्य को समझती है कि यह न्यूट्रॉन है .

कंपन और अनिश्चितता

न्यूट्रॉन का एक मूल्यवान विकल्प एक्स-रे प्रकीर्णन है। लेकिन इसकी सटीकता गर्मी के कारण होने वाली परमाणु गति से सीमित होती है। थर्मल कंपन क्रिस्टल विमानों के बीच की दूरी को बदलते रहने का कारण बनता है, इस प्रकार मापा हस्तक्षेप पैटर्न को बदलता है।

वैज्ञानिकों ने एक्स-रे स्कैटरिंग नमूनों द्वारा अनुमानित मूल्यों का परीक्षण करने के लिए न्यूट्रॉन पेंडुलम दोलन माप का उपयोग किया और पाया कि कुछ ने कंपन के परिमाण को काफी कम करके आंका।

परिणाम एक्स-रे और न्यूट्रॉन बिखरने दोनों के लिए मूल्यवान पूरक जानकारी प्रदान करते हैं। ह्यूबर ने कहा, “न्यूट्रॉन परमाणुओं के केंद्रों पर प्रोटॉन और न्यूट्रॉन या न्यूट्रॉन के साथ पूरी तरह से बातचीत करते हैं, ” एक्स-रे से पता चलता है कि नाभिक के बीच इलेक्ट्रॉनों की व्यवस्था कैसे की जाती है। यह पूरक ज्ञान हमारी समझ को गहरा करता है।

“हमारे माप इतने संवेदनशील होने के कारणों में से एक यह है कि न्यूट्रॉन एक्स-रे की तुलना में क्रिस्टल में गहराई से प्रवेश करते हैं – एक सेंटीमीटर या उससे अधिक – ताकि बहुत बड़े नाभिक इकट्ठे हो जाएं।, सामान्यत: माना जाता है। यह हमारी समझ को बदल देता है कि कैसे सिलिकॉन परमाणु एक क्रिस्टल वेब के भीतर एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं।

बल के लिए

मानक मॉडल वर्तमान, व्यापक रूप से स्वीकृत सिद्धांत है कि कैसे कण और बल बहुत कम मात्रा में बातचीत करते हैं। लेकिन यह इस बात की अधूरी व्याख्या है कि प्रकृति कैसे काम करती है, और वैज्ञानिकों को संदेह है कि ब्रह्मांड में सिद्धांत के वर्णन से कहीं अधिक है।

स्थैतिक मॉडल प्रकृति में तीन बुनियादी बलों का वर्णन करता है: विद्युत चुम्बकीय, मजबूत और कमजोर। प्रत्येक बल “वाहक कणों” की क्रिया के माध्यम से कार्य करता है। उदाहरण के लिए, एक फोटॉन विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा का एक शक्ति वाहक है। लेकिन मानक मॉडल ने अभी तक प्रकृति के अपने विवरण में गुरुत्वाकर्षण बल को शामिल नहीं किया है। इसके अलावा, कुछ प्रयोग और सिद्धांत पांचवीं शक्ति के संभावित अस्तित्व का सुझाव देते हैं।

“आम तौर पर, यदि कोई शक्ति वाहक है, तो उसकी क्रिया की लंबाई उसके द्रव्यमान के विपरीत होती है लेकिन द्रव्यमान रहित फोटॉन असीमित सीमा में काम कर सकता है।” इसलिए, यदि हम इसकी क्रिया की सीमा तक पहुँच सकते हैं, तो हम इसकी शक्ति को नियंत्रित कर सकते हैं। “एक अरबवें हिस्से का एक अंश) और 10 एनएम के बीच 10 गुना की लंबाई पर संभावित पांचवें बल की ताकत की बाधाओं को बढ़ाता है

शोधकर्ताओं ने पहले से ही सिलिकॉन और जर्मेनियम दोनों का उपयोग करके अधिक व्यापक पेंडुलम माप की योजना बनाई है। वे अपनी माप अनिश्चितता में पांच कटौती के लिए एक संभावित कारक का अनुमान लगाते हैं, जो अब तक न्यूट्रॉन चार्ज त्रिज्या के सबसे सटीक माप को बना और नियंत्रित कर सकता है – या पांचवां बल ढूंढ सकता है। वे प्रयोग का एक क्रायोजेनिक संस्करण करने की योजना बना रहे हैं, जो उन्हें इस बात की जानकारी देगा कि क्रिस्टल परमाणु उनके तथाकथित “क्वांटम ग्राउंड स्टेट” में कैसे कार्य करते हैं, जहां क्वांटम वस्तुएं कभी भी सटीक नहीं होती हैं, यहां तक ​​​​कि शून्य के पूर्ण तापमान पर भी।

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