वैज्ञानिक अल्ट्राकॉल्ड गैस में बेथे स्ट्रिंग्स का अवलोकन करते हैं, 1931 की भविष्यवाणी की पुष्टि

भौतिक विज्ञानी हंस बेथे द्वारा उनकी उपस्थिति की भविष्यवाई के लगभग एक सदी बाद, वैज्ञानिकों ने अल्ट्राकॉल्ड परमाणुओं का उपयोग करके "बेथे स्ट्रिंग्स" नामक असाधारण क्वांटम संरचनाओं को बनाया और सीधे देखा। इन्सब्रुक विश्वविद्यालय में क्वांटम भौतिक विज्ञानी हान्स-क्रिस्टोफ़ नागरल की अगुवाई वाले इस प्रयोग ने शोधकर्ताओं को इन असाधारण क्वांटम बहु-कण अवस्थाओं का अत्यंत नियंत्रित तरीके से अन्वेषण करने का मार्ग प्रशस्त किया। परिणामों को नेचर कम्युनिकेशंस में प्रकाशित किया गया।

एक आयाम में बंधित अवस्थाओं का निर्माण

1931 में, हंस बेथे ने प्रस्तावित किया था कि कुछ क्वांटम प्रणालियों में एक आयाम तक सीमित कण एकत्रित होकर सामूहिक अवस्थाओं में जुड़ सकते हैं, जिन्हें अब बेथे स्ट्रिंग्स कहा जाता है। ये संरचनाएं परिचित अणुओं से मौलिक रूप से भिन्न हैं। रासायनिक बंधों के माध्यम से जुड़े होने के बजाय, कण एक-दूसरे के साथ अपने अंतःक्रियाओं के कारण बंधे रहते हैं, और परिणामी अवस्थाएं केवल एक आयाम में ही अस्तित्व में रह सकती हैं।

इन अवस्थाओं को उत्पन्न करने के लिए, शोधकर्ताओं ने सीज़ियम परमाणुओं के बादल को परम शून्य से केवल कुछ अरबवें डिग्री ऊपर तक ठंडा किया। फिर उन्होंने इस बादल को कई हजार अत्यंत संकीर्ण नलियों में विभाजित कर दिया। प्रत्येक नली के भीतर, परमाणु प्रभावी रूप से एक ही दिशा में गति करने तक सीमित होते हैं, जिससे बेथे स्ट्रिंग्स के अस्तित्व के लिए आवश्यक एक-आयामी वातावरण बनता है।

परमाणुओं के बीच अंतःक्रियाओं को प्रतिकर्षी से आकर्षक में बदलकर, टीम ने परमाणुओं को एक-दूसरे से बंधित कर दिया। परमाणुओं ने केवल एक समूह में ढहने के बजाय विभिन्न आकारों की बंधित अवस्थाएं बनाईं। कुछ बड़े समूहों में छह या अधिक कण शामिल थे।

टकराव के माध्यम से स्थिरता का परीक्षण

यह दिखाने के लिए कि ये कण वास्तव में एक-दूसरे से बंधे हुए हैं, शोधकर्ताओं ने विस्तार प्रयोग के दो संस्करण किए। पहले संस्करण में, उन्होंने परमाणुओं को उनके एक-आयामी नलियों में फंसाए रखते हुए फैलने दिया। इस विस्तार के दौरान, स्ट्रिंग्स एक-दूसरे से मिलीं और टकराईं, फिर भी बंधित संरचनाएं सुरक्षित रहीं।

"स्ट्रिंग्स की यह एक अद्भुत विशेषता है: वे बिना बिखरे टकरा सकती हैं," प्रमुख लेखकों में से एक मिलेना होर्वथ ने कहा।

दूसरे संस्करण में, वैज्ञानिकों ने बाधा को हटा दिया और परमाणुओं को तीन-आयामी स्थान में स्वतंत्र रूप से फैलने दिया। चूंकि बेथे स्ट्रिंग्स केवल एक आयाम में अस्तित्व में रह सकती हैं, इसलिए परमाणुओं को तीन आयामों में छोड़ देने से बंधित अवस्थाएं बिखर गईं। कणों को बंधे रखने वाली ऊर्जा फिर से गति में परिवर्तित हो गई, जिससे परमाणु तेजी से एक-दूसरे से दूर फैल गए।

जब कण अबंधित थे, जैसे कि जब अंतःक्रियाएं प्रतिकर्षी थीं, तो दोनों विस्तार मापन ने मूल रूप से समान ऊर्जा दी। हालांकि, जब बेथे स्ट्रिंग्स मौजूद थीं, तो तीन-आयामी विस्तार में अतिरिक्त ऊर्जा थी जो बंधित अवस्थाओं के बिखरने के दौरान मुक्त हुई। इस तुलना ने बेथे स्ट्रिंग्स की उपस्थिति की पहचान करने का एक स्पष्ट तरीका प्रदान किया।

क्वांटम भौतिकी के लिए एक नया प्रयोगशाला

बेथे स्ट्रिंग्स का पहले ठोस-अवस्था चुंबकीय प्रणालियों में प्रयोगात्मक रूप से पता लगाया गया था। नया कार्य इन असाधारण क्वांटम बंधित अवस्थाओं को एक बहुत ही भिन्न वातावरण में रखता है: एक अल्ट्राकॉल्ड परमाणवीय गैस जहां शोधकर्ता प्रणाली की ज्यामिति, कण घनत्व और अंतःक्रियाओं को असाधारण सटीकता के साथ नियंत्रित कर सकते हैं।

"बेथे स्ट्रिंग्स की भविष्यवाई लगभग एक सदी पहले क्वांटम बहु-कण प्रणालियों के एक सुंदर गणितीय वर्णन के हिस्से के रूप में की गई थी," प्रमुख लेखकों में से दूसरे सुदिता धर ने कहा। "अब हम प्रयोगशाला में इन्हें बना सकते हैं, इन्हें संभाल सकते हैं और इन्हें टकरा सकते हैं और उनकी अद्भुत टकराव स्थिरता का अन्वेषण कर सकते हैं।"

प्रमुख सिद्धांतकार अल्विसे बस्टियानेलो ने नोट किया कि यह वातावरण "इन सामूहिक क्वांटम वस्तुओं के कैसे बनते हैं और अंतःक्रिया करते हैं, का अध्ययन करने के लिए नई संभावनाएं खोलता है।"

यह क्यों महत्वपूर्ण है

एक नियंत्रणीय अल्ट्राकॉल्ड गैस में बेथे स्ट्रिंग्स का सीधा अवलोकन 1931 की एक सैद्धांतिक भविष्यवाणी की पुष्टि करता है और क्वांटम बहु-कण भौतिकी का अध्ययन करने के लिए एक नई मंच प्रदान करता है। ठोस-अवस्था प्रणालियों के विपरीत, अल्ट्राकॉल्ड परमाणवीय गैस कण अंतःक्रियाओं और ज्यामिति के सटीक नियंत्रण की अनुमति देती है, जिससे वैज्ञानिकों को उन अनोखी क्वांटम अवस्थाओं के निर्माण और स्थिरता का अन्वेषण करने का अवसर मिलता है जो पहले संभव नहीं था।

स्रोत (अंग्रेज़ी में)

• sciencedaily.com: A quantum prediction from 1931 just came to life | ScienceDaily
• ua.news: Innsbruck scientists create Bethe strings from ultracold atoms | UA.NEWS

यह मूल अंग्रेज़ी लेख का एआई द्वारा किया गया अनुवाद है, जिसे स्वचालित रूप से जाँचा गया है ताकि यह मूल लेख जैसी ही बात कहे। स्रोतों की जाँच अंग्रेज़ी में की गई थी।