উচ্চ চার্জযুক্ত আয়নগুলি মহাজাগতিক পদার্থের একটি সাধারণ রূপ। তারা তথাকথিত কারণ তারা অনেক ইলেকট্রন হারিয়েছে এবং উচ্চ ধনাত্মক চার্জ আছে। এই কারণেই নিরপেক্ষ বা দুর্বল চার্জযুক্ত পরমাণুর তুলনায় বাইরের সবচেয়ে ইলেকট্রনগুলি পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের সাথে আরও শক্তভাবে আবদ্ধ থাকে।
ফলস্বরূপ, উচ্চ চার্জযুক্ত আয়নগুলি কম প্রতিক্রিয়া প্রদর্শন করে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ইন্টারফেরেন্স বাইরের বিশ্ব থেকে কিন্তু এর মৌলিক প্রভাবগুলির প্রতি বৃহত্তর সংবেদনশীলতা বিকাশ করে কোয়ান্টাম ইলেক্ট্রোডায়নামিক্স, বিশেষ আপেক্ষিকতা, এবং পারমাণবিক নিউক্লিয়াস.
এখন, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) এর QUEST ইনস্টিটিউটের গবেষকরা সহযোগিতায় সর্বোচ্চ প্লাংক ইনস্টিটিউট নিউক্লিয়ার ফিজিক্স (MPIK) এবং TU Braunschweig এবং QuantumFrontiers Cluster of Excellence-এর সুযোগ, প্রথমবারের মতো উচ্চ চার্জযুক্ত আয়নগুলির উপর ভিত্তি করে একটি অপটিক্যাল পারমাণবিক ঘড়ি উপলব্ধি করেছে৷ এই ধরনের আয়ন নিজেকে এই ধরনের একটি অ্যাপ্লিকেশনে ধার দেয় কারণ এটির অসাধারণ পারমাণবিক বৈশিষ্ট্য এবং বাহ্যিক ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ক্ষেত্রের কম সংবেদনশীলতা রয়েছে।
পিটিবি পদার্থবিদ লুকাস স্পিস বলেছেন, “অতএব, আমরা আশা করেছিলাম যে একটি অপটিক্যাল পারমাণবিক ঘড়ি উচ্চ চার্জযুক্ত আয়নগুলি আমাদের এই মৌলিক তত্ত্বগুলিকে আরও ভালভাবে পরীক্ষা করতে সহায়তা করবে। এই আশা ইতিমধ্যেই পূরণ হয়েছে: আমরা পাঁচ-ইলেক্ট্রন সিস্টেমে কোয়ান্টাম ইলেক্ট্রোডাইনামিক নিউক্লিয়ার রিকোয়েল সনাক্ত করতে পারি, একটি গুরুত্বপূর্ণ তাত্ত্বিক ভবিষ্যদ্বাণী, যা আগে অন্য কোনো পরীক্ষায় অর্জিত হয়নি।"
আগে থেকেই, দলটিকে সনাক্তকরণ এবং শীতলকরণের মতো নির্দিষ্ট মৌলিক সমস্যাগুলির সমাধান খুঁজতে বছরের পর বছর ধরে কাজ করতে হয়েছিল: পারমাণবিক ঘড়ির জন্য, একজনকে যতটা সম্ভব থামাতে কণাগুলিকে উল্লেখযোগ্যভাবে ঠান্ডা করতে হবে এবং তারপরে বিশ্রামে তাদের ফ্রিকোয়েন্সি পড়তে হবে। কিন্তু উচ্চ চার্জযুক্ত আয়ন উৎপাদনের জন্য উৎপাদন প্রয়োজন খুব গরম প্লাজমা. উচ্চ-চার্জযুক্ত আয়নগুলি তাদের অসাধারণ পারমাণবিক কাঠামোর কারণে লেজারের আলো দিয়ে সরাসরি শীতল করা যায় না, বা প্রচলিত কৌশল ব্যবহার করে তাদের সনাক্ত করা যায় না।
হাইডেলবার্গে MPIK এবং PTB-এর QUEST ইনস্টিটিউটের মধ্যে একটি সহযোগিতা একটি গরম প্লাজমা থেকে একটি একক উচ্চ চার্জযুক্ত আর্গন আয়নকে বিচ্ছিন্ন করে এবং একটি একক চার্জযুক্ত বেরিলিয়াম আয়ন সহ একটি আয়ন ফাঁদে সংরক্ষণ করে এই সমস্যার সমাধান করেছে।
ফলস্বরূপ, উচ্চ চার্জযুক্ত আয়ন পরোক্ষভাবে বেরিলিয়াম আয়ন ব্যবহার করে ঠান্ডা এবং বিশ্লেষণ করা যেতে পারে। তারপরে, পরবর্তী পরীক্ষাগুলির জন্য, MPIK-এ একটি আপগ্রেডেড ক্রায়োজেনিক ট্র্যাপ সিস্টেম তৈরি করা হয়েছিল এবং PTB-তে সমাপ্ত হয়েছিল, যা আংশিকভাবে ছাত্রদের দ্বারা প্রতিষ্ঠানগুলির মধ্যে পরিবর্তনের মাধ্যমে পরিচালিত হয়েছিল। পরবর্তীকালে, PTB-তে উন্নত একটি কোয়ান্টাম অ্যালগরিদম কোয়ান্টাম মেকানিক্যাল গ্রাউন্ড স্টেটের কাছাকাছি উচ্চ চার্জযুক্ত আয়নকে আরও ঠান্ডা করতে সফল হয়। এটি পরম শূন্যের উপরে একটি কেলভিনের 200 মিলিয়নতম তাপমাত্রার সাথে মিলে যায়।
বিজ্ঞানীরা এখন এক ধাপ এগিয়েছেন: তারা তেরো-গুণ চার্জযুক্ত আর্গন আয়নগুলির উপর ভিত্তি করে একটি অপটিক্যাল পারমাণবিক ঘড়ি উপলব্ধি করেছেন এবং PTB-তে বিদ্যমান ইটারবিয়াম আয়ন ঘড়ির সাথে টিকিংয়ের তুলনা করেছেন। এটি সম্পন্ন করার জন্য, তাদের অত্যন্ত চার্জযুক্ত আয়নের গতি এবং বাইরের হস্তক্ষেপ ক্ষেত্রগুলির প্রভাবগুলির মতো জিনিসগুলি বোঝার জন্য সিস্টেমটিকে পুঙ্খানুপুঙ্খভাবে বিশ্লেষণ করতে হয়েছিল। তারা 2 সালে 1017টি অংশের পরিমাপের অশুদ্ধতা অর্জন করেছিল, যা এখন ব্যবহৃত বেশ কয়েকটি অপটিক্যাল পারমাণবিক ঘড়ির সমতুল্য।
গবেষণা দলের নেতা পিয়েট শ্মিট বলেছেন, "আমরা প্রযুক্তিগত উন্নতির মাধ্যমে অনিশ্চয়তা আরও কমানোর আশা করি, যা আমাদেরকে সেরা সীমার মধ্যে নিয়ে আসা উচিত পারমাণবিক ঘড়ি. "
এইভাবে, এখন ব্যবহার করা অপটিক্যাল পারমাণবিক ঘড়ি ছাড়াও, গবেষকরা নিরপেক্ষ স্ট্রন্টিয়াম পরমাণু বা পৃথক ইটারবিয়াম আয়নগুলির উপর ভিত্তি করে একটি নতুন পদ্ধতি তৈরি করেছেন, উদাহরণস্বরূপ। নিযুক্ত কৌশলগুলি বিভিন্ন ধরণের উচ্চ চার্জযুক্ত আয়নগুলির অধ্যয়ন করতে সক্ষম করে এবং বিশ্বব্যাপী প্রযোজ্য।
কণা পদার্থবিদ্যার স্ট্যান্ডার্ড মডেল পারমাণবিক সিস্টেম ব্যবহার করে প্রসারিত করা যেতে পারে। অন্যান্য উচ্চ চার্জযুক্ত আয়নগুলি বিশেষত সূক্ষ্ম কাঠামোর ধ্রুবক এবং কিছু ডার্ক ম্যাটার প্রার্থীদের জন্য সংবেদনশীল যা স্ট্যান্ডার্ড মডেলের বাইরের তত্ত্বগুলিতে প্রয়োজন কিন্তু পূর্বের কৌশলগুলির সাথে সনাক্ত করা যায় না।
জার্নাল রেফারেন্স:
- SA King, LJ Spieß, P. Micke, et al: নতুন উইন্ডোতে বাহ্যিক লিঙ্ক খোলেঅতি চার্জযুক্ত আয়নের উপর ভিত্তি করে একটি অপটিক্যাল পারমাণবিক ঘড়ি। প্রকৃতি (2022), DOI: 10.1038/s41586-022-05245-4
