সবচেয়ে ঠান্ডা: কীভাবে আইনস্টাইনের কাছে একটি চিঠি এবং লেজার-কুলিং প্রযুক্তিতে অগ্রগতি পদার্থবিদদের পদার্থের নতুন কোয়ান্টাম অবস্থায় নিয়ে যায় - পদার্থবিজ্ঞান বিশ্ব

20 শতকের শেষ দুই দশকে, পরমাণু পদার্থবিদরা বারবার মহাবিশ্বের সবচেয়ে ঠান্ডা তাপমাত্রার রেকর্ড ভেঙেছেন। এই অর্জনগুলি লেজার কুলিং সহ কয়েকটি অগ্রগতির উপর নির্ভর করে (যেমন বর্ণনা করা হয়েছে অংশ 1 এই ইতিহাসের), ম্যাগনেটো-অপটিক্যাল ফাঁদ এবং কৌশল যেমন সিসিফাস কুলিং যা প্রত্যাশার চেয়ে ভাল কাজ করেছে (যেমন বর্ণনা করা হয়েছে অংশ 2) 1990 সাল নাগাদ, পদার্থবিদরা নিয়মিতভাবে লক্ষ লক্ষ পরমাণুকে তাপমাত্রায় কয়েক দশ মাইক্রোকেলভিন পরম শূন্যের উপরে ঠান্ডা করছিলেন - প্রচলিত ক্রায়োজেনিক্সের চেয়ে হাজার গুণ বেশি ঠান্ডা এবং লেজার-কুলিং সাধারণ পরমাণুর জন্য ভবিষ্যদ্বাণী করা "ডপলার কুলিং লিমিট" এর একটি ভগ্নাংশ।

এই নিমজ্জন যতটা নাটকীয় ছিল, যদিও, তাপমাত্রায় আরও বেশি চ্যালেঞ্জিং পতনের ইঙ্গিত দেওয়া হয়েছিল: মাইক্রোকেলভিন থেকে ন্যানোকেলভিন পর্যন্ত 1000 এর আরও একটি ফ্যাক্টর। এই অতিরিক্ত ড্রপ কোয়ান্টাম ডিজেনারেসি নামে পরিচিত পদার্থবিজ্ঞানের একটি নতুন ক্ষেত্র প্রবর্তন করবে। এখানে, নিম্ন তাপমাত্রা এবং উচ্চ ঘনত্ব পরমাণুকে পদার্থের দুটি বহিরাগত অবস্থার একটিতে বাধ্য করে: হয় একটি বোস-আইনস্টাইন কনডেনসেট (BEC), যেখানে একটি গ্যাসের সমস্ত পরমাণু একই কোয়ান্টাম অবস্থায় একত্রিত হয়, বা একটি ক্ষয়প্রাপ্ত ফার্মি গ্যাস (DFG), যেখানে গ্যাসের মোট শক্তি হ্রাস পায় কারণ সমস্ত উপলব্ধ শক্তির অবস্থা পূর্ণ (চিত্র 1)।

বিইসি এবং ডিএফজিগুলি সম্পূর্ণরূপে কোয়ান্টাম ঘটনা, এবং একটি পরমাণুর মোট স্পিন নির্দেশ করে যে তাদের মধ্যে কোনটি তৈরি হবে। যদি পরমাণুতে সমান সংখ্যক ইলেকট্রন, প্রোটন এবং নিউট্রন থাকে তবে এটি একটি বোসন এবং এটি BEC এর মধ্য দিয়ে যেতে পারে। যদি মোট বিজোড় হয়, এটি একটি ফার্মিয়ন এবং একটি DFG তৈরি করতে পারে। একই উপাদানের বিভিন্ন আইসোটোপ কখনও কখনও বিপরীত উপায়ে আচরণ করে – পদার্থবিদরা লিথিয়াম-7 এবং লিথিয়াম-6 দিয়ে ডিএফজি-এর BEC তৈরি করেছেন – এবং নিম্ন-তাপমাত্রার আচরণের এই পার্থক্যটি কোয়ান্টাম কণার মধ্যে মৌলিক বিভাজনের সবচেয়ে নাটকীয় প্রদর্শনগুলির মধ্যে একটি।

এই সিরিজে বর্ণিত পূর্ববর্তী সাফল্যগুলির মতো, কোয়ান্টাম অবক্ষয়ের দিকে ঝাঁপিয়ে পড়া বিশ্বজুড়ে ছড়িয়ে ছিটিয়ে থাকা গবেষণা ল্যাবগুলিতে প্রবর্তিত নতুন প্রযুক্তির জন্য ধন্যবাদ। এবং - আবার আগের অগ্রগতির মতোই - এই প্রযুক্তিগুলির মধ্যে একটি সম্পূর্ণরূপে সুযোগ দ্বারা এসেছে।

সস্তায় লেজার কুলিং

1980 এর দশকের মাঝামাঝি সময়ে, কার্ল উইম্যান মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের কলোরাডো, বোল্ডার বিশ্ববিদ্যালয়ে সিজিয়াম পরমাণুতে সমতা লঙ্ঘন নিয়ে অধ্যয়নরত ছিলেন। এই অধ্যয়নের জন্য সময় সাপেক্ষ এবং স্পেকট্রোস্কোপি পরিমাপের প্রয়োজন, এবং উইম্যানের পিএইচডি ছাত্র রিচ ওয়াটস সিডি প্লেয়ারের জন্য মিলিয়ন দ্বারা তৈরি করা ডায়োড লেজারগুলি ব্যবহার করে সেগুলি করার একটি উপায় তৈরি করেছে৷

এই সস্তা, সলিড-স্টেট ডিভাইসগুলিকে কীভাবে স্থিতিশীল করা যায় এবং নিয়ন্ত্রণ করা যায় তা খুঁজে বের করার জন্য বছর অতিবাহিত করার পরে, ওয়াটস (বেশ যুক্তিসঙ্গতভাবে) তার পিএইচডি শেষ করতে চেয়েছিলেন, তাই তিনি এবং উইম্যান তাদের পরীক্ষা করার জন্য একটি স্বল্পমেয়াদী পরীক্ষার জন্য চারপাশে তাকিয়েছিলেন। তারা যে উত্তরটি আঘাত করেছিল তা ছিল লেজার কুলিং। "এই ছাত্রের থিসিসটি শেষ করার জন্য এটি একটি মজার ছোট সাইড জিনিস ছিল," উইম্যান স্মরণ করে, "এবং এভাবেই আমি [লেজার কুলিং] এ প্রবেশ করেছি।"

1986 সালে ওয়াটস এবং উইম্যান হন সিজিয়াম পরমাণুর একটি মরীচি লেজার ঠান্ডা করার জন্য প্রথমে. ওয়াটসও প্রথম লেজার কুল রুবিডিয়াম, সঙ্গে একটি postdoc হিসাবে স্টনি ব্রুক বিশ্ববিদ্যালয়ের হ্যাল মেটকাফ নিউইয়র্কে, এবং তিনি সেমিনাল পরীক্ষায় অংশ নিয়েছিলেন যা প্রকাশ করেছিল যে সাব-ডপলারের শীতলতা বিল ফিলিপস' ইউএস ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অফ স্ট্যান্ডার্ডস অ্যান্ড টেকনোলজির (এনআইএসটি) গ্যাথার্সবার্গ, মেরিল্যান্ডের ল্যাব। যাইহোক, এই ইতিহাসে আমরা অন্য একজন গুরুত্বপূর্ণ খেলোয়াড়ের মতো দেখা করব, ওয়াটস খুব শীঘ্রই মঞ্চ ছেড়ে চলে যান, 39 সালে মাত্র 1996 বছর বয়সে মারা যান।

ওয়াইম্যান, ইতিমধ্যে, একটি নতুন বৈজ্ঞানিক লক্ষ্যের প্রয়োজন ছিল, এমন কিছু যা শুধুমাত্র ঠান্ডা পরমাণু দিয়ে করা যেতে পারে। তিনি, নতুন সহকর্মী এবং প্রতিযোগীদের সাথে, এটি একটি অনবদ্য বৈজ্ঞানিক বংশের সাথে একটি খুব পুরানো ধারণার মধ্যে খুঁজে পেয়েছেন: বোস-আইনস্টাইন ঘনীভবন।

নীচে একটি দৌড়

1924 ইন সত্যেন্দ্র নাথ বসু এ একজন পদার্থবিদ ছিলেন ঢাকা বিশ্ববিদ্যালয় যা এখন বাংলাদেশ। কোয়ান্টাম পদার্থবিদ্যার নতুন এবং দ্রুত উন্নয়নশীল ক্ষেত্র শেখানোর সময়, তিনি বুঝতে পেরেছিলেন যে গরম বস্তু থেকে আলোর বর্ণালীর জন্য ম্যাক্স প্ল্যাঙ্কের সূত্রটি ফোটনের আচরণকে নিয়ন্ত্রণকারী পরিসংখ্যানগত নিয়ম থেকে উদ্ভূত হতে পারে, যা ধ্রুপদী কণার চেয়ে অনেক বেশি সম্ভাবনাময়। একই রাজ্যে পাওয়া যায়।

বোসকে তার কাজ প্রকাশ করতে সমস্যা হয়েছিল, তাই তিনি আলবার্ট আইনস্টাইনের কাছে একটি অনুলিপি পাঠিয়েছিলেন, যিনি এটিকে এত পছন্দ করেছিলেন যে তিনি এটি করার ব্যবস্থা করেছিলেন। প্রকাশিত Zeitschrift für Physik তার নিজের একটি কাগজের পাশাপাশি। আইনস্টাইনের অবদানের মধ্যে রয়েছে ফোটনের পরিসংখ্যানকে অন্যান্য ধরনের কণার (পরমাণু সহ) প্রসারিত করা এবং একটি আকর্ষণীয় পরিণতির দিকে ইঙ্গিত করা: খুব কম তাপমাত্রায়, সিস্টেমের সবচেয়ে সম্ভাব্য অবস্থা হল সমস্ত কণার একই শক্তির অবস্থা দখল করার জন্য।

এই যৌথ অবস্থাটিকে এখন BEC বলা হয় এবং এটি অতিতরলতা এবং অতিপরিবাহীতার সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত, যা পরম শূন্যের কাছাকাছি তাপমাত্রায় তরল এবং কঠিন পদার্থে (যথাক্রমে) পরিলক্ষিত হয়। যদিও BEC ট্রানজিশন নিজেই ঘটতে পারে পরমাণুর পাতলা গ্যাসে – ঠিক যেমনটি পারমাণবিক পদার্থবিদরা 1970 এর দশকে তৈরি করা শুরু করেছিলেন।

যদিও কিছু বাধা ছিল। একটি হল যে গুরুতর তাপমাত্রায় একটি BEC গঠন করে তা ঘনত্ব দ্বারা নির্ধারিত হয়: ঘনত্ব যত কম হবে, সমালোচনামূলক তাপমাত্রা তত কম হবে। যদিও সিসিফাস শীতলকরণ মাইক্রোকেলভিন তাপমাত্রাকে সম্ভব করেছে, লেজার-কুলড পারমাণবিক বাষ্পগুলি এতই বিচ্ছুরিত যে তাদের স্থানান্তর তাপমাত্রা ন্যানোকেলভিন পরিসরে আরও কম। এটি একটি একক ফোটন শোষণ বা নির্গত পরমাণুর সাথে যুক্ত "রিকোয়েল তাপমাত্রা" থেকেও কম। এই সীমার নিচে শীতল করা তাই লেজার ছাড়াই করা উচিত।

এক সময়ে একটি বাষ্পীভবন

এসব সমস্যার সাধারণ সমাধান এসেছে ড্যানিয়েল ক্লেপনার এবং ম্যাসাচুসেটস ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজির (MIT) সহকর্মীরা। এটি এক কাপ চা শীতল করার প্রক্রিয়ার অনুরূপ। চায়ের জলের অণুগুলি বিভিন্ন গতিতে চলে, এবং দ্রুততমের পর্যাপ্ত শক্তি থাকে যা মুক্ত হয়ে জলীয় বাষ্প হয়ে ভেসে যায়। যেহেতু এই "পালানো"গুলি গড়ের চেয়ে বেশি পরিমাণে শক্তি বহন করে, অবশিষ্ট অণুগুলি ঠান্ডা হয়। একবার তাদের গতির শক্তি অণুর মধ্যে সংঘর্ষের মাধ্যমে পুনরায় বিতরণ করা হলে, সিস্টেমটি কম তাপমাত্রায় একটি নতুন ভারসাম্যে পৌঁছায় (চিত্র 2)।

ক্লেপনারের পদ্ধতিটি বাষ্পীভূত শীতল হিসাবে পরিচিত, এবং এটির জন্য দুটি উপাদানের প্রয়োজন: ফাঁদ থেকে বেছে বেছে উষ্ণতম পরমাণুগুলিকে অপসারণ করার একটি উপায় এবং পরমাণুর মধ্যে সংঘর্ষের হার যা নমুনাটি পরে পুনরায় ভারসাম্যের জন্য যথেষ্ট। প্রথম উপাদানটি ফোটন রিকোয়েল সমস্যার সমাধানের সাথে হাতে-কলমে এসেছিল: পরমাণুগুলিকে ম্যাগনেটো-অপটিক্যাল ট্র্যাপ (এমওটি) থেকে ফিলিপসের প্রথম তৈরির মতো বিশুদ্ধভাবে চৌম্বকীয় ফাঁদে স্থানান্তর করে "অন্ধকারে" রাখা যেতে পারে। 1983 সালে। "গরম" পরমাণুর উচ্চতর শক্তির জন্য তাদের সীমাবদ্ধ করার জন্য একটি বৃহত্তর চৌম্বক ক্ষেত্রের প্রয়োজন হয় এবং এই বৃহৎ চৌম্বক ক্ষেত্রটি পরমাণুর শক্তির স্তরে একটি জিম্যান শিফট তৈরি করে। একটি সঠিকভাবে সুর করা রেডিও-ফ্রিকোয়েন্সি সিগন্যাল এইভাবে এই উচ্চ ক্ষেত্রের "গরম" পরমাণুগুলিকে ঠাণ্ডাগুলিকে বিরক্ত না করে একটি আটকে পড়া অবস্থায় ফ্লিপ করতে পারে। পিছনে থাকা ঠান্ডা পরমাণুগুলিও একটি ছোট আয়তনের মধ্যে সীমাবদ্ধ, তাই তাপমাত্রা হ্রাসের সাথে সাথে ঘনত্ব বৃদ্ধি পায়, সিস্টেমটিকে দুটি উপায়ে BEC এর কাছাকাছি নিয়ে আসে।

সংঘর্ষের সমস্যাটি, তবে, পরীক্ষাবিদদের হাতের বাইরে। প্রাসঙ্গিক হার একটি একক প্যারামিটার দ্বারা বর্ণনা করা হয়: নির্দিষ্ট রাজ্যে সংঘর্ষকারী পরমাণুর একটি জোড়ার জন্য তথাকথিত বিক্ষিপ্ত দৈর্ঘ্য। এই বিক্ষিপ্ত দৈর্ঘ্য মাঝারি আকারে বড় এবং ধনাত্মক হলে, বাষ্পীভবন দ্রুত এগিয়ে যাবে এবং এর ফলে ঘনীভূত হবে স্থিতিশীল। বিক্ষিপ্ত দৈর্ঘ্য খুব ছোট হলে, বাষ্পীভবন খুব ধীর হবে। এটি নেতিবাচক হলে, ঘনীভূত হবে অস্থির।

সুস্পষ্ট সমাধান হল সঠিক বিক্ষিপ্ত দৈর্ঘ্য সহ একটি পরমাণু বাছাই করা, কিন্তু এই প্যারামিটারটি প্রথম নীতিগুলি থেকে গণনা করা অত্যন্ত কঠিন বলে প্রমাণিত হয়। এটি পরীক্ষামূলকভাবে নির্ধারণ করা প্রয়োজন, এবং 1990 এর দশকের গোড়ার দিকে কেউ প্রয়োজনীয় পরীক্ষা-নিরীক্ষা করেনি। ফলস্বরূপ, যে দলগুলি BEC অনুসরণ করতে শুরু করেছিল তারা পর্যায় সারণী থেকে বিভিন্ন উপাদান বেছে নিয়েছিল, প্রত্যেকে আশা করে যে "তাদের" "সঠিক" হতে পারে। উইম্যান এবং তার নতুন সহকর্মী এরিক কর্নেল এমনকি সিজিয়াম থেকে রুবিডিয়ামে পরিবর্তিত হয়েছে কারণ রুবিডিয়ামের দুটি স্থিতিশীল আইসোটোপ তাদের সম্ভাবনা দ্বিগুণ করেছে।

"এটি কখনই কাজ করবে না"

যেহেতু একটি MOT শুধুমাত্র লেজারগুলি বন্ধ করে এবং চুম্বক কয়েলের মাধ্যমে আরও বেশি কারেন্ট চালানোর মাধ্যমে একটি বিশুদ্ধভাবে চৌম্বকীয় ফাঁদে পরিণত করা যেতে পারে, তাই BEC-এর দিকে প্রথম পদক্ষেপগুলি ছিল লেজার-কুলিং পরীক্ষাগুলির একটি সরল সম্প্রসারণ। ফলস্বরূপ "কোয়াড্রপোল ট্র্যাপ" কনফিগারেশনের শুধুমাত্র একটি বড় সমস্যা রয়েছে: ফাঁদের কেন্দ্রে ক্ষেত্রটি শূন্য, এবং শূন্য ক্ষেত্রে, পরমাণুগুলি তাদের অভ্যন্তরীণ অবস্থাকে এমন একটিতে পরিবর্তন করতে পারে যা আর আটকা পড়ে না। ট্র্যাপ সেন্টার থেকে পরমাণুর এই "লিক" প্লাগ করার জন্য আটকে থাকা পরমাণুগুলিকে অবস্থার পরিবর্তন থেকে রক্ষা করার উপায় খুঁজে বের করতে হবে।

বেশ কয়েক বছর ধরে, এটি লেজার-কুলিং গবেষণার একটি প্রধান ক্ষেত্র ছিল। কর্নেল এবং উইম্যান ছাড়াও, তীব্রতর হওয়া BEC দৌড়ের অন্যতম প্রধান প্রতিযোগী ছিলেন এমআইটি-এর উলফগ্যাং কেটারলে. তার দল একটি "প্লাগ" হিসাবে ফাঁদের কেন্দ্রে ফোকাস করা একটি নীল-ডিটিউনড লেজার ব্যবহার করে শূন্য-ক্ষেত্র অঞ্চল থেকে পরমাণুগুলিকে দূরে ঠেলে দেওয়ার একটি উপায় তৈরি করেছিল। কর্নেল এবং উইম্যান, তাদের অংশের জন্য, একটি সর্ব-চুম্বকীয় কৌশল ব্যবহার করেছিলেন যাকে তারা টাইম অরবিটিং পটেনশিয়াল (টপ) ফাঁদ বলে।

কর্নেল 1994 সালের গোড়ার দিকে একটি সম্মেলন থেকে ফেরার ফ্লাইটে TOP তৈরি করেছিলেন, যা তাদের যন্ত্রে ব্যাঘাত সীমিত করার প্রয়োজনীয়তার দ্বারা অনুপ্রাণিত হয়েছিল। যদিও তার এবং ওয়াইম্যানের কাছে অন্য লেজার রশ্মির জন্য জায়গা ছিল না, তারা কোয়াড্রপোল কয়েলের লম্ব একটি অক্ষের চারপাশে একটি ছোট অতিরিক্ত কুণ্ডলী যোগ করতে পারে এবং এটি শূন্য-ক্ষেত্রের অবস্থান পরিবর্তন করবে। ফাঁদে থাকা পরমাণু অবশ্যই নতুন শূন্যের দিকে যাবে, তবে দ্রুত নয়। যদি তারা দোদুল্যমান স্রোত দ্বারা চালিত বিভিন্ন অক্ষের উপর দুটি ছোট কয়েল ব্যবহার করে একটি বৃত্তে শূন্যকে প্রতি সেকেন্ডে কয়েকশ বার সরানোর জন্য, কর্নেলের ভাষায়, "যেখানে পরমাণু নেই সেখানে" রাখার জন্য এটি যথেষ্ট হতে পারে।

তারা একটি সস্তা অডিও পরিবর্ধক দ্বারা চালিত একটি ছোট কুণ্ডলী ব্যবহার করে গ্রীষ্মে ধারণাটি পরীক্ষা করে। প্রথমে, যোগ করা ক্ষেত্রটি তাদের কাঁচের বাষ্প কোষের চারপাশে ক্ষতবিক্ষত কয়েলগুলিকে উদ্বেগজনকভাবে বিড়বিড় করে তোলে এবং চালিত কয়েলগুলি একটি ছিদ্রকারী, উচ্চ-পিচযুক্ত চিৎকার তৈরি করে, কিন্তু নীতিটি শব্দ ছিল, তাই তারা একটি শক্ত সংস্করণ তৈরি করেছিল। কয়েক মাস পরে, 1995 সালের প্রথম দিকে, কর্নেল কেটারলের সাথে ট্র্যাপ স্কিম নিয়ে আলোচনা করেন এবং এমআইটি টিমের অপটিক্যাল প্লাগ "কখনও কাজ করবে না" ভেবে চলে আসেন। এটি মূলত সেখানে একটি বড় পুরানো সুইজল স্টিক হতে চলেছে।" যাইহোক, তিনি স্বীকার করেছেন যে কেটারলে শীর্ষ সম্পর্কে একই রকম অনুভব করতে পারে: "তিনি সম্ভবত ভাবছেন 'এটি আমার পুরো জীবনে শোনা সবচেয়ে বোকা ধারণা।' তাই আমরা দুজনেই সেই কথোপকথন থেকে খুব সন্তুষ্ট হয়েছিলাম।"

যেমনটি ঘটেছে, উভয় কৌশলই বাস্তবে কাজ করেছে। কর্নেল এবং উইম্যানই প্রথম এটি প্রদর্শন করেছিলেন, পরীক্ষাগুলির একটি সিরিজ সম্পাদন করেছিলেন যাতে তারা তাদের ঠান্ডা পরমাণু মেঘের মাধ্যমে একটি লেজার রশ্মিকে আলোকিত করে। এই "স্ন্যাপশটগুলির" সময়, মেঘের পরমাণুগুলি লেজার থেকে ফোটনগুলিকে শোষণ করে, মরীচিতে একটি ছায়া ফেলে। এই ছায়ার গভীরতা ছিল মেঘের ঘনত্বের পরিমাপ, যখন মেঘের আকার পরমাণুর তাপমাত্রা নির্দেশ করে। বাষ্পীভবন অগ্রসর হওয়ার সাথে সাথে, স্ন্যাপশটগুলি দেখায় যে পরমাণুর একটি গোলাকার প্রতিসম মেঘ ধীরে ধীরে সঙ্কুচিত হচ্ছে এবং শীতল হচ্ছে কারণ গরম পরমাণুগুলি ধীরে ধীরে সরানো হচ্ছে।

তারপরে, 1995 সালের জুনে, প্রায় 170 ন্যানোকেলভিনের তাপমাত্রায়, নাটকীয় কিছু ঘটেছিল: তাদের চিত্রগুলির কেন্দ্রে একটি ছোট অন্ধকার দাগ দেখা গিয়েছিল, যা একটি মারাত্মকভাবে কম তাপমাত্রা এবং উচ্চ ঘনত্বে পরমাণুগুলির প্রতিনিধিত্ব করে। কর্নেল বলেছেন যে কী ঘটছে তা বের করতে বেশি সময় লাগেনি: "কেন্দ্রীয় ঘনত্ব কেবল বেড়েছে। বোস-আইনস্টাইন ঘনীভূত না হলে সেখানে কী ঘটছে?"

তাদের সন্দেহ নিশ্চিত করার জন্য, তিনি এবং উইম্যান তাদের কিছু ছায়ামূর্তিকে এখন-আইকনিক ত্রিমাত্রিক প্লটে রূপান্তরিত করেছেন (দেখুন "সবচেয়ে ভালো ফলাফল" চিত্র) যেখানে তাপীয় পরমাণুগুলিকে একটি বিস্তৃত পেডেস্টাল হিসাবে এবং BEC একটি "স্পাইক" হিসাবে দেখা যাচ্ছে কেন্দ্রে. স্পাইকের আকৃতি - এক দিক থেকে অন্য দিকে প্রশস্ত - একটি ক্লু এনকোড করেছে৷ যেহেতু তাদের TOP ফাঁদটি অনুভূমিকের চেয়ে উল্লম্ব দিক থেকে শক্তিশালী ছিল, তাই কনডেনসেটটিকে সেই দিকে আরও শক্তভাবে চেপে দেওয়া হয়েছিল, যার অর্থ মুক্তির পরে এটি সেই দিকে আরও দ্রুত প্রসারিত হয়েছিল। যদিও তারা এই আকৃতি পরিবর্তনের ভবিষ্যদ্বাণী করেনি, তারা দ্রুত এটি ব্যাখ্যা করতে সক্ষম হয়েছিল, তাদের আত্মবিশ্বাস যোগ করে যে তারা BEC এর "পবিত্র গ্রেইল"-এ পৌঁছেছে।

কর্নেল এবং উইম্যান 1995 সালের জুনের শুরুতে একটি প্রেস কনফারেন্সে তাদের ফলাফল (অস্বাভাবিকভাবে, সেই দিনগুলির জন্য) ঘোষণা করেছিলেন। তাদের গবেষণাপত্র প্রকাশিত হয়েছিল বিজ্ঞান পরের মাসে। সেপ্টেম্বরে, কেটারলে এবং সহকর্মীরা তাদের নিজস্ব 3D প্লটের সেট তৈরি করেছিলেন যাতে তাদের সোডিয়াম পরমাণুর মেঘ রূপান্তর তাপমাত্রায় পৌঁছানোর সাথে সাথে একই রকম "স্পাইক" উদ্ভূত হয়। কর্নেল, উইম্যান এবং কেটারলে ভাগ করে নিয়েছিলেন 2001 পদার্থবিজ্ঞানের জন্য নোবেল পুরস্কার পাতলা পারমাণবিক বাষ্পে BEC এর অর্জনের জন্য।

ফার্মিয়নরা তাদের চ্যাম্পিয়ন পায়

1995 সালের প্রথম দিকে, কর্নেল একটি নতুন পোস্টডক নিয়োগ করেছিলেন, ডেবোরা "ডেবি" জিন. তার স্বামী জন বোহন, বোল্ডারের এনআইএসটি-এর একজন পদার্থবিদ, কর্নেলকে স্মরণ করে বলেছেন, "অনেক লোক আপনাকে বলবে যে BEC এখনও অনেক বছর বন্ধ আছে, কিন্তু আমি সত্যিই মনে করি আমরা এটি করতে যাচ্ছি।" তিনি ঠিক ছিলেন: প্রথম বিইসি হয়েছিল যখন জিন কাজ নিতে রাজি হয়েছিল এবং যখন সে কাজ শুরু করেছিল।

জিন একটি ভিন্ন গবেষণা সম্প্রদায় থেকে এসেছেন - তার থিসিস ছিল বহিরাগত সুপারকন্ডাক্টরগুলির উপর - কিন্তু তিনি দ্রুত লেজার এবং অপটিক্স সম্পর্কে শিখেছিলেন এবং BEC এর বৈশিষ্ট্যগুলি অনুসন্ধানের প্রাথমিক পরীক্ষাগুলিতে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করেছিলেন৷ একজন উদীয়মান তারকা হিসেবে, তার কাছে স্থায়ী পদের অনেক অফার ছিল, কিন্তু তিনি JILA-তে থাকার জন্য নির্বাচিত হন, একটি হাইব্রিড প্রতিষ্ঠান যা কলোরাডো বিশ্ববিদ্যালয় এবং NIST-এর দক্ষতার সমন্বয় করে। সেখানে, কর্নেল এবং উইম্যানের কাজ থেকে তার কাজকে আলাদা করার জন্য, তিনি অতি-নিম্ন-তাপমাত্রার আচরণের অন্য শ্রেণীর অনুসরণ করার সিদ্ধান্ত নেন: ফার্মি গ্যাসের অবক্ষয়।

যেখানে বোসনগুলি পরিসংখ্যানগত নিয়ম দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয় যা তাদের মধ্যে দুটির একই শক্তি অবস্থায় পাওয়া যাওয়ার সম্ভাবনা বেশি করে, ফার্মিয়নগুলিকে ভাগ করে নেওয়া রাজ্যগুলি সম্পূর্ণরূপে নিষিদ্ধ। ইলেকট্রনের ক্ষেত্রে প্রযোজ্য, এটি হল পাউলি বর্জন নীতি যা রসায়নের অনেকটাই ব্যাখ্যা করে: একটি পরমাণুর ইলেকট্রন উপলব্ধ শক্তির অবস্থাকে "পূর্ণ করে" এবং শেষ ইলেকট্রনের সঠিক অবস্থা একটি প্রদত্ত উপাদানের রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য নির্ধারণ করে। একটি চৌম্বকীয় ফাঁদে ফার্মিওনিক পরমাণু একই নিয়ম মেনে চলে: গ্যাস ঠান্ডা হওয়ার সাথে সাথে সর্বনিম্ন অবস্থাগুলি পূর্ণ হয়। কিছু সময়ে, যদিও, সমস্ত কম-শক্তির রাজ্যগুলি পূর্ণ, এবং মেঘ আর সঙ্কুচিত হতে পারে না। BEC এর মতো, এটি একটি সম্পূর্ণরূপে কোয়ান্টাম ঘটনা, কণাগুলির মধ্যে মিথস্ক্রিয়াগুলির সাথে কিছুই করার নেই, তাই এটি অতিকোল্ড পরমাণুর একটি গ্যাসে পর্যবেক্ষণযোগ্য হওয়া উচিত।

জিন 1997 সালে একক স্নাতক ছাত্রের সাথে JILA-তে শুরু করেছিলেন, ব্রায়ান ডিমার্কো, যাকে কর্নেল নিয়োগ করেছিল কিন্তু কর্নেলের সুপারিশে জিনের সাথে কাজ করতে পাল্টেছিল। ডিমার্কো যেমন স্মরণ করেন, কর্নেল তাকে বলেছিলেন, "যদি আপনি এবং ডেবি প্রথম ব্যক্তি হতে পারেন যারা একটি ডিএফজি তৈরি করতে পারেন, এটি একটি বড় চুক্তি হবে এবং এটি করার একটি ভাল শট রয়েছে।"

এই জুটি একটি খালি ল্যাব দিয়ে শুরু হয়েছিল, এমনকি আসবাবপত্রের অভাব ছিল। বোন তাদের মনে করেন অফিসে মেঝেতে বসে তিনি জিনের সাথে শেয়ার করেছিলেন, তাদের ভবিষ্যতের লেজারের জন্য ইলেকট্রনিক্স একত্রিত করেছিলেন। এক বছরের মধ্যে, যদিও, তাদের ফার্মিওনিক পটাসিয়াম পরমাণুকে চৌম্বকীয় ফাঁদ এবং বাষ্পীভূতভাবে শীতল করার জন্য একটি কার্যকরী যন্ত্র ছিল।

একটি DFG-এর জন্য অনুসন্ধান BEC রেসে মুখোমুখি হওয়াগুলির বাইরে দুটি চ্যালেঞ্জ তৈরি করে। এর মধ্যে প্রথমটি হল অতি-নিম্ন তাপমাত্রায়, বাষ্পীভবন শীতলকরণের পুনঃ-ভারসাম্যের ধাপের জন্য প্রয়োজনীয় সংঘর্ষগুলি ঘটতে বন্ধ হয়ে যায় কারণ দুটি ফার্মিয়ন একই অবস্থায় থাকার নিষেধাজ্ঞা তাদের সংঘর্ষ থেকে বিরত রাখে। এটি সমাধান করার জন্য, জিন এবং ডিমার্কো তাদের অর্ধেক পরমাণুকে একটি ভিন্ন অভ্যন্তরীণ অবস্থায় রেখেছিলেন, বাষ্পীভবন সক্ষম করার জন্য পর্যাপ্ত ক্রস-স্টেট সংঘর্ষ প্রদান করে। প্রক্রিয়া শেষে, তারা দুটি রাজ্যের একটিকে সরিয়ে দিতে পারে এবং বাকিগুলিকে চিত্রিত করতে পারে।

দ্বিতীয় সমস্যাটি হল যে BEC-এর পরীক্ষামূলক স্বাক্ষরটি পারমাণবিক মেঘের মাঝখানে একটি বিশাল ঘনত্বের স্পাইক, ফার্মি অবক্ষয় আরও সূক্ষ্ম। পরমাণুর মূল ঘটনাটি একত্রে জমাট বাঁধতে অস্বীকার করে, রূপান্তর তাপমাত্রায় পৌঁছানোর পরে মেঘ আরও সঙ্কুচিত হয়ে যাওয়ার আকারে অনাট্যভাবে নিজেকে প্রকাশ করে। থার্মাল ক্লাউড থেকে ক্ষয়প্রাপ্ত গ্যাসকে কীভাবে আলাদা করা যায় তা নিয়ে কাজ করার জন্য সতর্ক মডেলিং এবং একটি ইমেজিং সিস্টেম নেওয়া হয়েছিল যা বিতরণের আকারে ক্ষুদ্র পরিবর্তনগুলি নির্ভরযোগ্যভাবে পরিমাপ করতে পারে।

পরমাণুর একটি ফার্মি গ্যাস

এই চ্যালেঞ্জ সত্ত্বেও, একটি খালি ঘর দিয়ে শুরু করার মাত্র 18 মাস পরে, জিন এবং ডিমার্কো একটি ক্ষয়প্রাপ্ত ফার্মি গ্যাসের প্রথম পর্যবেক্ষণ প্রকাশ করেন। কয়েক বছর পরে, কেটারলের নেতৃত্বে দলগুলি, রেন্ডি হুলেট রাইস বিশ্ববিদ্যালয়ে, ক্রিস্টোফ সলোমন প্যারিসে ENS এ, এবং জন থমাস ডিউক বিশ্ববিদ্যালয়ে, অনুসরণ.

জিন, ইতিমধ্যে, লেজার এবং চৌম্বকীয় ক্ষেত্রগুলি ব্যবহার করে অধঃপতিত পরমাণুগুলিকে অণুতে রূপান্তরিত করে, আল্ট্রাকোল্ড রসায়নে নতুন সীমান্ত খুলে দেয়। এই কাজটি অসংখ্য প্রশংসিত হয়েছে, যার মধ্যে ক ম্যাকআর্থার ফাউন্ডেশন "প্রতিভা অনুদান", দ্য আমি আমেরিকান ফিজিক্যাল সোসাইটি থেকে রাবি পুরস্কার (এপিএস) এবং ইনস্টিটিউট অফ ফিজিক্সের আইজ্যাক নিউটন মেডেল. জিন আল্ট্রাকোল্ড-এটম পদার্থবিদ্যায় আরও একটি নোবেল পুরস্কারের জন্য শু-ইন হতেন, কিন্তু আফসোস, তিনি 2016 সালে ক্যান্সারে মারা যান, এবং পুরস্কারটি মরণোত্তর প্রদান করা হয় না।

পুরস্কারের বাইরে, যদিও, জিনের উত্তরাধিকার যথেষ্ট। তিনি যে সাব-ফিল্ডটি শুরু করেছিলেন তা পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞানের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ ক্ষেত্রগুলির মধ্যে একটি হয়ে উঠেছে এবং তার প্রাক্তন ছাত্র এবং সহকর্মীরা আল্ট্রাকোল্ড ফার্মিয়নগুলির অধ্যয়নের নেতৃত্ব দিয়ে চলেছেন। পরামর্শদানের প্রতি তার প্রতিশ্রুতির স্বীকৃতিস্বরূপ, APS পারমাণবিক, আণবিক বা অপটিক্যাল পদার্থবিদ্যায় অসামান্য ডক্টরাল থিসিস গবেষণার জন্য একটি বার্ষিক ডেবোরা জিন পুরস্কার তৈরি করেছে।

চলমান আবিষ্কারের ইতিহাস

এই সিরিজটি অর্ধশতকের কিছু বেশি জুড়ে। সেই সময়ে, পরমাণুগুলিকে চালিত করার জন্য লেজারগুলি ব্যবহার করার ধারণাটি একক বেল ল্যাবস পদার্থবিজ্ঞানীর মনে একটি নিষ্ক্রিয় কৌতূহল থেকে অত্যাধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের বিশাল অংশের জন্য একটি ভিত্তিমূলক কৌশলে চলে গিয়েছিল। লেজার-কুলড আয়নগুলি এখন কোয়ান্টাম তথ্য বিজ্ঞানের বিকাশের জন্য সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ প্ল্যাটফর্মগুলির মধ্যে একটি। লেজার-কুলড নিরপেক্ষ পরমাণু বিশ্বের সেরা পারমাণবিক ঘড়ির ভিত্তি প্রদান করে। এবং কর্নেল, উইম্যান, কেটারলে এবং জিন দ্বারা প্রথম পর্যবেক্ষণ করা কোয়ান্টাম ডিজেনারেট সিস্টেমগুলি একটি বিশাল উপ-ক্ষেত্র তৈরি করেছে যা পারমাণবিক পদার্থবিদ্যাকে ঘনীভূত পদার্থের পদার্থবিদ্যা এবং রসায়নের সাথে সংযুক্ত করে। লেজার-কুলড পরমাণু পদার্থবিদ্যা গবেষণার জন্য অত্যাবশ্যক হয়ে আছে, এবং বিশ্বব্যাপী ল্যাবগুলিতে প্রতিদিন নতুন ইতিহাস লেখা হচ্ছে।

• এসইও চালিত বিষয়বস্তু এবং পিআর বিতরণ। আজই পরিবর্ধিত পান।
• PlatoData.Network উল্লম্ব জেনারেটিভ Ai. নিজেকে ক্ষমতায়িত করুন। এখানে প্রবেশ করুন.
• প্লেটোএআইস্ট্রিম। Web3 ইন্টেলিজেন্স। জ্ঞান প্রসারিত. এখানে প্রবেশ করুন.
• প্লেটোইএসজি। কার্বন, ক্লিনটেক, শক্তি, পরিবেশ সৌর, বর্জ্য ব্যবস্থাপনা. এখানে প্রবেশ করুন.
• প্লেটো হেলথ। বায়োটেক এবং ক্লিনিক্যাল ট্রায়াল ইন্টেলিজেন্স। এখানে প্রবেশ করুন.
• উত্স: https://physicsworld.com/a/coldest-how-a-letter-to-einstein-and-advances-in-laser-cooling-technology-led-physicists-to-new-quantum-states-of-matter/