ঠাণ্ডা: কীভাবে পদার্থবিদরা লেজার কুলিং এর তাত্ত্বিক সীমাকে হারান এবং কোয়ান্টাম বিপ্লবের ভিত্তি স্থাপন করেন - পদার্থবিজ্ঞান বিশ্ব

1960 এর দশকের শেষের দিকে গবেষকদের একটি ছোট সম্প্রদায় চারপাশে ছোট বস্তুগুলিকে ধাক্কা দেওয়ার জন্য আলো থেকে শক্তি ব্যবহার শুরু করে। পরবর্তী দশকের মধ্যে, ক্ষেত্রটি লেজার কুলিং অন্তর্ভুক্ত করার জন্য প্রসারিত হয়, একটি শক্তিশালী কৌশল যা শোষণ করে ডপলার শিফট এমন একটি শক্তি তৈরি করতে যা কেবলমাত্র বস্তুর গতি কমাতে পারে এবং কখনই তাদের গতি বাড়াতে পারে না। বছর যেতে না যেতে, এই নতুন লেজার কুলিং পরীক্ষাগুলি দুটি সমান্তরাল ট্র্যাক - আয়ন এবং পরমাণু - এর সাথে বিকশিত হয়েছিল এই সিরিজের পার্ট 1: "ঠান্ডা: কিভাবে পদার্থবিদরা লেজার কুলিং দিয়ে কণাগুলিকে ম্যানিপুলেট এবং সরাতে শিখেছেন".

অনেক উপায়ে, আয়নগুলির একটি প্রাথমিক সুবিধা ছিল। তাদের বৈদ্যুতিক চার্জের কারণে, তারা ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ফোর্স অনুভব করে, যা তাদের উচ্চ তাপমাত্রায় ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ফাঁদে ধরা এবং অতিবেগুনী তরঙ্গদৈর্ঘ্যের লেজার দ্বারা ঠান্ডা করার জন্য যথেষ্ট শক্তিশালী। 1981 সাল নাগাদ আয়ন ট্র্যাপাররা এই কৌশলটিকে এমনভাবে পরিমার্জিত করেছিল যেখানে তারা একক আয়ন আটকে এবং সনাক্ত করতে পারে এবং অভূতপূর্ব নির্ভুলতার সাথে তাদের উপর স্পেকট্রোস্কোপি করতে পারে।

বিপরীতে, আলো এবং চৌম্বক ক্ষেত্র দ্বারা প্রযুক্ত দুর্বল শক্তি দ্বারা আটকে যাওয়ার আগে পরমাণুগুলিকে ধীর করা দরকার। এখনও, 1985 সাল নাগাদ বিল ফিলিপস এবং সহকর্মীরা ইউএস ন্যাশনাল ব্যুরো অফ স্ট্যান্ডার্ডস মেরিল্যান্ডের গেইথার্সবার্গে, সোডিয়াম পরমাণুর একটি রশ্মিকে প্রায় বন্ধ করার জন্য আলো ব্যবহার করেছিল, তারপরে একটি চৌম্বকীয় ফাঁদে আটকে রেখেছিল। এর বাইরে, নিরপেক্ষ পরমাণুর ফাঁদকে আরও দক্ষ করে তোলার জন্য এবং শীতল প্রক্রিয়ার সীমাবদ্ধতাকে ঠেলে দেওয়ার জন্য এই কাজটি তৈরি করা হবে বলে মনে হচ্ছে পরমাণু টেমারদের জন্য প্রধান চ্যালেঞ্জ।

উভয় প্রকল্পই কারও প্রত্যাশার বাইরে সফল হবে। এবং আমরা যেমন পার্ট 1 এ দেখেছি, এই সাফল্যের শিকড় ফিরে যায় আর্থার আশকিন at বেল ল্যাব.

ভাল ধারণা, অপর্যাপ্ত মৃত্যুদন্ড

আমরা যখন শেষবার আশকিনের সাথে দেখা করেছিলাম, তখন 1970 এবং তিনি সবেমাত্র "অপটিক্যাল টুইজিং" কৌশলটি তৈরি করেছিলেন যা প্রায় 50 বছর পরে তাকে নোবেল পুরস্কার জিতবে। 1970 এর দশকের শেষের দিকে তিনি তার বেল ল্যাব সহকর্মীদের সাথে একটি পারমাণবিক রশ্মি জড়িত পরীক্ষায় কাজ করছিলেন। "রিক ফ্রিম্যান একটি পারমাণবিক রশ্মি মেশিন ছিল, এবং আমার কিছু পরীক্ষা ছিল যেগুলি একটি পারমাণবিক রশ্মির সাথে করা আকর্ষণীয় হবে, কিন্তু আমি একটি পারমাণবিক রশ্মি মেশিন তৈরির বিষয়ে খুব বেশি উত্সাহী ছিলাম না, "আশকিনের তৎকালীন সহকর্মী জন বজোরহোম স্মরণ করেন।

পরমাণুর রশ্মির সাথে একটি লেজার রশ্মিকে ওভারল্যাপ করে, অ্যাশকিন এবং বজোরহোম দেখিয়েছিলেন যে আলোর ফ্রিকোয়েন্সি সামঞ্জস্য করে পরমাণুগুলিকে ফোকাস করা বা ডি-ফোকাস করা সম্ভব। লেজারের সাথে লালের সাথে সুর করা - পরমাণুগুলি শোষণ করতে "চায়" তার চেয়ে সামান্য কম ফ্রিকোয়েন্সিতে - পরমাণু এবং আলোর মধ্যে মিথস্ক্রিয়া পরমাণুর অভ্যন্তরীণ শক্তিকে কমিয়ে দেবে ("আলোর স্থানান্তর"), লেজার রশ্মির মধ্যে পরমাণুগুলিকে আঁকবে৷ লেজারের সাথে নীলের সাথে সুর মিলিয়ে, পরমাণুগুলিকে ধাক্কা দিয়ে বেরিয়ে গেল।

এই ঘটনাটিকে পরমাণু আটকানোর জন্য একটি "অল-অপটিক্যাল" পদ্ধতিতে পরিণত করার জন্য অ্যাশকিনের বেশ কয়েকটি ধারণা ছিল (অর্থাৎ, ফিলিপসের গ্রুপ ব্যবহৃত চৌম্বক ক্ষেত্র ছাড়া)। দুর্ভাগ্যবশত, আশকিন এবং বজোরহোম এটি বাস্তবায়নের জন্য লড়াই করেছিলেন কারণ ফ্রিম্যানের পারমাণবিক রশ্মি প্লেক্সিগ্লাস জানালা দিয়ে তৈরি করা হয়েছিল যা যথেষ্ট কম চাপ বজায় রাখতে পারেনি। যে পরমাণু এবং অণুগুলি বাইরে থেকে ফুটো হয়েছিল সেগুলি শীতল লেজারগুলির দ্বারা প্রভাবিত হয়নি এবং ফলস্বরূপ, যখন তারা রশ্মির মধ্যে থাকা পরমাণুর সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয়, তখন তারা লক্ষ্য পরমাণুগুলিকে ফাঁদ থেকে বের করে দেয়। হতাশাজনক ফলাফলের কয়েক বছর পর, বেল ল্যাবসের নেতৃত্ব পরীক্ষায় উদ্বেলিত হয় এবং আশকিনকে অন্যান্য জিনিসগুলি অনুসরণ করার জন্য চাপ দেয়।

একটি সান্দ্র তরল মধ্যে সাঁতারু

এই সময়ে, একজন তরুণ গবেষক যার (স্ব-বর্ণিত) খ্যাতি "একজন লোক যে কঠিন পরীক্ষা-নিরীক্ষা করাতে পারে" হিসাবে খ্যাতি অর্জন করেছিল, সে আশকিনের কাছে বেল ল্যাবসের হোলমডেল সুবিধার কাছে একটি অফিসে চলে গেল। তার নাম ছিলো স্টিভ চু, এবং তিনি আশকিনের ধারণাগুলিতে আগ্রহী হয়ে ওঠেন। একসাথে, তারা পরমাণু শীতলকরণ এবং আটকে রাখার জন্য উপযুক্ত একটি অতি-উচ্চ ভ্যাকুয়াম সিস্টেম তৈরি করেছে, এছাড়াও পরিবর্তনশীল ডপলার শিফটের জন্য ক্ষতিপূরণ দেওয়ার জন্য লেজার ফ্রিকোয়েন্সি দ্রুত ঝাড়ু দিয়ে সোডিয়াম পরমাণুকে ধীর করার একটি সিস্টেম। পরবর্তী কৌশলটি "চির্প কুলিং" নামে পরিচিত; সুখী কাকতালীয়ভাবে, যে বিজ্ঞানীরা এর অন্যতম প্রধান প্রযুক্তির বিকাশ করেছিলেন তারাও হলমডেলে ছিলেন।

এই মুহুর্তে, চু পরামর্শ দিয়েছিলেন যে তারা পরমাণুগুলিকে তিনটি লম্ব জোড়া পাল্টা-প্রচারকারী লেজার রশ্মি দিয়ে আলোকিত করে পূর্ব-ঠান্ডা করে, সবগুলি অংশ 1-এ আলোচিত পরমাণুর ট্রানজিশন ফ্রিকোয়েন্সির ঠিক নীচে একটি ফ্রিকোয়েন্সিতে সুরক্ষিত। এই কনফিগারেশনটি একটি শীতল শক্তি সরবরাহ করে। একই সাথে তিনটি মাত্রায়: একটি পরমাণু উপরে উঠতে দেখে নিচের দিকে যাওয়া লেজার রশ্মি ডপলারকে উপরে স্থানান্তরিত করে, ফোটন শোষণ করে এবং ধীর হয়ে যায়; বামে চলমান একটি পরমাণু ডানদিকে যাওয়া রশ্মিতে ফোটনগুলিকে উপরে স্থানান্তরিত হতে দেখে, ইত্যাদি। পরমাণুগুলি যে পথেই চলুক না কেন, তারা তাদের গতির বিরোধিতাকারী শক্তি অনুভব করে। একটি সান্দ্র তরলে একজন সাঁতারুর দুর্দশার মিল চুকে এটিকে "অপটিক্যাল গুড়" (চিত্র 1) বলে অভিহিত করে।

বেল ল্যাবস দল 1985 সালে অপটিক্যাল গুড় প্রদর্শন করে, একটি চিপ-কুলড বিম থেকে হাজার হাজার পরমাণু সংগ্রহ করে। নামের সাথে মানানসই, অপটিক্যাল গুড়গুলি খুব "আঠালো" ছিল, পরমাণুগুলিকে সেকেন্ডের এক দশমাংশের জন্য (ব্যবহারিকভাবে পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞানে একটি অনন্তকাল) বাইরে বের হওয়ার আগে ধরে রাখে। গুড় অঞ্চলে থাকাকালীন, পরমাণুগুলি ক্রমাগত শীতল লেজারগুলি থেকে আলো শোষণ করে এবং পুনরায় নির্গত করে, তাই তারা একটি বিচ্ছুরিত উজ্জ্বল মেঘ হিসাবে উপস্থিত হয়। আলোর মোট পরিমাণ পরমাণুর সংখ্যার একটি সহজ পরিমাপ প্রদান করে।

আশকিন, চু এবং তাদের সহযোগীরাও পরমাণুর তাপমাত্রা অনুমান করতে সক্ষম হয়েছিল। তারা গুড়ের মধ্যে কতগুলি পরমাণু রয়েছে তা পরিমাপ করে, অল্প সময়ের জন্য আলোটি বন্ধ করে, তারপরে আবার চালু করে এবং সংখ্যাটি পুনরায় পরিমাপ করে। অন্ধকারের ব্যবধানে পরমাণুর মেঘ প্রসারিত হবে এবং কিছু পরমাণু গুড়ের বিমের অঞ্চল থেকে বেরিয়ে যাবে। এই পালানোর হার দলটিকে পরমাণুর তাপমাত্রা গণনা করতে দেয়: প্রায় 240 মাইক্রোকেলভিন - লেজার-কুলড সোডিয়াম পরমাণুর জন্য প্রত্যাশিত ন্যূনতমের সাথে ঠিক।

গুড়কে ফাঁদে পরিণত করা

এর আঠালো থাকা সত্ত্বেও, অপটিক্যাল গুড় একটি ফাঁদ নয়। যদিও এটি পরমাণুগুলিকে ধীর করে দেয়, একবার পরমাণুগুলি লেজার বিমের প্রান্তে চলে গেলে, তারা পালাতে পারে। বিপরীতে, একটি ফাঁদ একটি শক্তি সরবরাহ করে যা অবস্থানের উপর নির্ভর করে, পরমাণুগুলিকে একটি কেন্দ্রীয় অঞ্চলে ঠেলে দেয়।

একটি ফাঁদ তৈরি করার সবচেয়ে সহজ উপায় হল একটি শক্তভাবে ফোকাস করা লেজার রশ্মি, যা আশকিন মাইক্রোস্কোপিক বস্তু আটকানোর জন্য তৈরি করা অপটিক্যাল টুইজারের মতো। যদিও লেজার ফোকাসের আয়তন হল গুড়ের আয়তনের একটি ক্ষুদ্র ভগ্নাংশ, আশকিন, বজোরহোম এবং (স্বতন্ত্রভাবে) চু বুঝতে পেরেছিলেন যে গুড়ের মধ্যে এলোমেলোভাবে ছড়িয়ে পড়ার মাধ্যমে এই ধরনের ফাঁদে উল্লেখযোগ্য সংখ্যক পরমাণু জমা হতে পারে। যখন তারা তাদের গুড়ের সাথে একটি পৃথক, ফাঁদে ফেলার লেজার রশ্মি যুক্ত করেছিল, ফলাফলগুলি আশাব্যঞ্জক ছিল: ছড়িয়ে থাকা গুড়ের মেঘে একটি ছোট উজ্জ্বল দাগ দেখা গিয়েছিল, যা কয়েকশ আটকে থাকা পরমাণুর প্রতিনিধিত্ব করে।

এর বাইরে যাওয়া, তবে প্রযুক্তিগত চ্যালেঞ্জগুলি উপস্থাপন করেছে। সমস্যা হল, পারমাণবিক শক্তির স্তরের পরিবর্তন যা একক-বিম অপটিক্যাল ট্র্যাপিংকে সম্ভব করে তোলে তা শীতলকরণ প্রক্রিয়াকে বাধাগ্রস্ত করে: যখন ট্র্যাপিং লেজার পরমাণুর স্থল অবস্থার শক্তি কমিয়ে দেয়, তখন এটি কুলিং লেজারের কার্যকর ফ্রিকোয়েন্সি ডিটেনিং পরিবর্তন করে। একটি দ্বিতীয় লেজার ব্যবহার করে এবং শীতলকরণ এবং ফাঁদে ফেলার মধ্যে পর্যায়ক্রমে আটকে যেতে পারে এমন পরমাণুর সংখ্যা উন্নত করে, তবে অতিরিক্ত জটিলতার মূল্যে। আরও অগ্রগতি করার জন্য, পদার্থবিদদের হয় ঠান্ডা পরমাণু বা একটি ভাল ফাঁদ প্রয়োজন হবে।

ফরাসি সংযোগ

দুজনেই দিগন্তে ছিল। ক্লদ কোহেন-তানুদজি এবং প্যারিসের École Normale Supérieure (ENS) এ তার দল প্রাথমিকভাবে তাত্ত্বিক দিক থেকে লেজার কুলিংকে সম্বোধন করছিলেন। জিন ডালিবার্ড, তারপর গ্রুপে একজন সদ্য পিএইচডি করা, আশকিনের তাত্ত্বিক বিশ্লেষণ অধ্যয়নের কথা মনে পড়ে এবং জিম গর্ডন ("একটি চমত্কার কাগজ") এবং ভি এর সোভিয়েত যুগল দ্বারালাডিলেন লেটোখভ এবং ভ্লাদিমির মিনোগিন, যিনি (বরিস ডি পাভলিকের সাথে) 1977 সালে লেজার কুলিংয়ের মাধ্যমে সর্বনিম্ন তাপমাত্রা অর্জন করা হয়েছিল।

যেমনটি আমরা পার্ট 1-এ দেখেছি, এই সর্বনিম্ন তাপমাত্রা ডপলার শীতল সীমা নামে পরিচিত, এবং এটি এলোমেলো "কিক" থেকে উদ্ভূত হয় যা ঘটে যখন পরমাণুগুলি শীতল রশ্মিগুলির একটি থেকে আলো শোষণ করার পরে ফোটন পুনরায় নির্গত করে। এই "সীমা" আসলে কতটা দৃঢ় ছিল সে সম্পর্কে কৌতূহলী, ডালিবার্ড যতটা সম্ভব পরমাণুগুলিকে "অন্ধকারে" রাখার উপায় খুঁজছিলেন। এটি করার জন্য, তিনি বাস্তব পরমাণুর একটি বৈশিষ্ট্যকে কাজে লাগিয়েছেন যা স্ট্যান্ডার্ড ডপলার কুলিং তত্ত্ব দ্বারা ধারণ করা হয় না: বাস্তব পারমাণবিক অবস্থা একক শক্তির স্তর নয়, কিন্তু একই শক্তির সাথে সাবলেভেলের সংগ্রহ কিন্তু ভিন্ন কৌণিক মোমেন্টা (চিত্র 2)।

এই বিভিন্ন উপস্তর, বা ভরবেগ অবস্থা, একটি চৌম্বক ক্ষেত্রের (জিমান প্রভাব) উপস্থিতিতে শক্তি পরিবর্তন করে। ক্ষেত্রটি শক্তিশালী হওয়ার সাথে সাথে কিছু রাজ্যের শক্তি বৃদ্ধি পায়, অন্যগুলি হ্রাস পায়। যখন ক্ষেত্রের দিক বিপরীত হয় তখন এই ভূমিকাগুলি উল্টানো হয়। একটি আরও জটিল কারণ হল যে লেজার লাইটের মেরুকরণ নির্ধারণ করে কোন সাবলেভেলগুলি ফোটন শোষণ করবে। যদিও একটি মেরুকরণ রাজ্যগুলির মধ্যে পরমাণুকে এমনভাবে স্থানান্তরিত করে যা কৌণিক ভরবেগ বাড়ায়, অন্যটি এটি হ্রাস করে।

তার তাত্ত্বিক বিশ্লেষণে, ডালিবার্ড এই উপস্তরগুলিকে একটি চৌম্বক ক্ষেত্রের সাথে একত্রিত করেছেন যা কিছু সময়ে শূন্য এবং পরমাণুগুলি বাইরের দিকে যাওয়ার সাথে সাথে বৃদ্ধি পায়। এটি করতে গিয়ে, তিনি এমন একটি পরিস্থিতি তৈরি করেছিলেন যেখানে কার্যকর লেজার ফ্রিকোয়েন্সি ডিটিউনিং পরমাণুর অবস্থানের উপর নির্ভর করে। (ফিলিপস এবং সহকর্মীরা তাদের চৌম্বকীয় ফাঁদের জন্য একই রকম কনফিগারেশন ব্যবহার করেছিলেন, কিন্তু অনেক উঁচু ক্ষেত্রে।) তাই পরমাণু একটি নির্দিষ্ট লেজার থেকে শুধুমাত্র নির্দিষ্ট অবস্থানে শোষণ করতে পারে যেখানে ডিটিউনিং, ডপলার শিফট এবং জিম্যান শিফটের সমন্বয় ঠিক ছিল ( চিত্র 3)।

ডালিবার্ড আশা করেছিলেন যে এইভাবে আলো শোষণ করার পরমাণুর ক্ষমতা সীমাবদ্ধ করলে তাদের সর্বনিম্ন তাপমাত্রা কমতে পারে। তিনি গণনা করার পরে যে এটি হবে না, তিনি ধারণাটি ফাইল করেছিলেন। "আমি দেখেছি এটি একটি ফাঁদ, কিন্তু আমি একটি ফাঁদ খুঁজছিলাম না, আমি সাব-ডপলার কুলিং খুঁজছিলাম," তিনি ব্যাখ্যা করেন।

এটির জন্য না থাকলে এটি এখানেই শেষ হতে পারে ডেভ প্রিচার্ড, ম্যাসাচুসেটস ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজির একজন পদার্থবিদ যিনি 1986 সালে প্যারিস গ্রুপ পরিদর্শন করেছিলেন। পরিদর্শনের সময়, প্রিচার্ড বৃহত্তর-আয়তনের ফাঁদ তৈরির জন্য ধারণাগুলির উপর একটি বক্তৃতা দিয়েছিলেন এবং এই বলে শেষ করেছিলেন যে তিনি অন্য - আরও ভাল - পরামর্শগুলিকে স্বাগত জানাবেন৷

"আমি ডেভের কাছে গিয়েছিলাম, এবং আমি বলেছিলাম 'আচ্ছা, আমার একটি ধারণা আছে, এবং আমি খুব বেশি নিশ্চিত নই যে এটি আরও ভাল, তবে এটি আপনার চেয়ে আলাদা,'" ডালিবার্ড স্মরণ করেন। প্রিচার্ড ডালিবার্ডের ধারণাটি মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে নিয়ে যান এবং 1987 সালে তিনি এবং চু ডালিবার্ডের বিশ্লেষণের উপর ভিত্তি করে প্রথম ম্যাগনেটো-অপটিক্যাল ট্র্যাপ (এমওটি) তৈরি করেন। ডালিবার্ডকে ফলাফলের কাগজের সহ-লেখকত্বের প্রস্তাব দেওয়া হয়েছিল কিন্তু স্বীকারোক্তিতে স্বীকৃত হওয়ায় খুশি হয়েছিল।

লেজার কুলিং এর বিকাশের জন্য এমওটি কতটা বিপ্লবী ছিল তা বাড়াবাড়ি করা কঠিন। এটি একটি অপেক্ষাকৃত সহজ ডিভাইস, শক্তিশালী ফাঁদ তৈরি করতে শুধুমাত্র একটি লেজার ফ্রিকোয়েন্সি এবং অপেক্ষাকৃত দুর্বল চৌম্বক ক্ষেত্র প্রয়োজন। সব থেকে ভাল, যদিও, তার ক্ষমতা. চু এবং আশকিনের প্রথম অল-অপটিক্যাল ফাঁদে শত শত পরমাণু, ফিলিপসের প্রথম চৌম্বকীয় ফাঁদ কয়েক হাজার, কিন্তু প্রথম ম্যাগনেটো-অপটিক্যাল ফাঁদে দশ মিলিয়ন পরমাণু ধারণ করেছিল। কলোরাডো বিশ্ববিদ্যালয়ের কার্ল উইম্যান দ্বারা সস্তা ডায়োড লেজারের প্রবর্তনের সাথে (যা সম্পর্কে আরও এই সিরিজের 3 অংশে), MOT এর আবির্ভাব বিশ্বব্যাপী লেজার কুলিং অধ্যয়নরত গোষ্ঠীর সংখ্যায় দ্রুত বিস্ফোরণ ঘটায়। গবেষণার গতি ত্বরান্বিত হতে থাকে।

মারফির আইন ছুটি নেয়

প্রিচার্ড এবং চু যখন প্রথম এমওটি তৈরি করছিলেন, ফিলিপস এবং তার গাইথার্সবার্গ সহকর্মীরা তাদের অপটিক্যাল গুড়ের সাথে একটি অত্যন্ত অস্বাভাবিক সমস্যার সম্মুখীন হয়েছিল। পরীক্ষামূলক পদার্থবিজ্ঞানের প্রতিটি প্রত্যাশার বিপরীতে, গুড় খুব ভাল কাজ করেছে। প্রকৃতপক্ষে, এটির কিছু বিম আংশিকভাবে অবরুদ্ধ থাকলেও এটি পরমাণুকে ঠান্ডা করতে পারে।

এই আবিষ্কারটি আংশিকভাবে এসেছিল কারণ লেজার কুলিং ফিলিপসের পার্শ্ব প্রকল্প বলে মনে করা হয়েছিল, তাই তার ল্যাবটি একটি মেশিন শপের সাথে সংযুক্ত একটি প্রিপ রুমে স্থাপন করা হয়েছিল। ল্যাবের ভ্যাকুয়াম সিস্টেমে দোকানের ধুলো এবং গ্রীস জমতে না দেওয়ার জন্য, গ্রুপের সদস্যরা রাতে প্লাস্টিক বা ফিল্টার পেপার দিয়ে সিস্টেমের জানালা ঢেকে দেবে। "মাঝে মাঝে আপনি সত্যিই বিকৃত চেহারার গুড় পাবেন," স্মরণ করে পল লেট, যিনি 1986 সালে গ্রুপে যোগ দিয়েছিলেন, “এবং তারপরে আপনি বুঝতে পারবেন যে, ওহ, আমরা ফিল্টার পেপারের সেই টুকরোটি বের করিনি। এটা উল্লেখযোগ্য যে এটি সব কাজ করেছে।"

এই আশ্চর্যজনক অধ্যবসায় লেটকে তাপমাত্রা পরিমাপের একটি নতুন সেট সহ আরও পদ্ধতিগত অধ্যয়নের জন্য চাপ দেয়। বেল ল্যাবস গোষ্ঠীর দ্বারা তৈরি করা "রিলিজ-এন্ড-রিক্যাপচার" পদ্ধতিতে তুলনামূলকভাবে বড় অনিশ্চয়তা ছিল, তাই ফিলিপস গ্রুপ একটি নতুন পদ্ধতির চেষ্টা করেছিল যাতে পরমাণুগুলি গুড়ের কাছে রাখা একটি প্রোব বিম অতিক্রম করার সময় নির্গত আলো সনাক্ত করা জড়িত ছিল। গুড় বন্ধ করে দিলে পরমাণুগুলো উড়ে যেত। প্রোবের কাছে পৌঁছাতে তারা যে সময় নিয়েছে তা তাদের বেগ এবং এইভাবে তাদের তাপমাত্রার সরাসরি পরিমাপ দেবে।

সমস্ত লেজার কুলিং এক্সপেরিমেন্টের মত, ফিলিপসের ল্যাবে অনেকগুলি লেন্স এবং আয়না একটি ছোট জায়গায় প্যাক করা হয়েছে, এবং প্রোব রাখার জন্য সবচেয়ে সুবিধাজনক জায়গাটি গুড় অঞ্চলের সামান্য উপরে পরিণত হয়েছে। এটি তাদের ডপলার-সীমা গতিতে ভ্রমণকারী পরমাণুর জন্য ভাল কাজ করা উচিত ছিল, কিন্তু যখন লেট পরীক্ষা করার চেষ্টা করেছিলেন, তখন কোনও পরমাণু প্রোবের কাছে পৌঁছেছিল। অবশেষে, তিনি এবং তার সহকর্মীরা প্রোবের অবস্থান গুড়ের নীচে স্থানান্তরিত করেন, এই সময়ে তারা একটি সুন্দর সংকেত দেখতে পান। শুধু একটি সমস্যা ছিল: ডপলার শীতল সীমা ছিল 240 মাইক্রোকেলভিন, কিন্তু এই "ফ্লাইটের সময়" পরিমাপ 40 মাইক্রোকেলভিন তাপমাত্রা দেখায়।

এই ফলাফলটি মারফির আইন লঙ্ঘন বলে মনে হচ্ছে, এই কথাটি যে "যা কিছু ভুল হতে পারে, তা হবে", তাই তারা অবিলম্বে এটি গ্রহণ করতে ইচ্ছুক ছিল না। তারা একটি উন্নত রিলিজ-এন্ড-রিক্যাপচার সহ বেশ কয়েকটি ভিন্ন কৌশল ব্যবহার করে তাপমাত্রা পুনরায় পরিমাপ করেছিল, কিন্তু তারা একই ফলাফল পেতে থাকে: পরমাণুগুলি যে তত্ত্বটি বলা সম্ভব ছিল তার চেয়ে অনেক বেশি ঠান্ডা ছিল।

1988 সালের শুরুর দিকে ফিলিপস এবং কোম্পানি লেজার কুলারের ঘনিষ্ঠ সম্প্রদায়ের অন্যান্য গোষ্ঠীর সাথে যোগাযোগ করেছিল, তাদের নিজস্ব ল্যাবে তাপমাত্রা পরীক্ষা করতে বলেছিল। চু এবং উইম্যান দ্রুত বিস্ময়কর ফলাফল নিশ্চিত করেছেন: অপটিক্যাল গুড় শুধুমাত্র পরমাণুকে শীতল করতেই কাজ করেনি, এটি তত্ত্বের চেয়ে ভালো কাজ করেছে।

একটা পাহাড়ে উঠছে

প্যারিস গোষ্ঠীর এখনও একটি পরীক্ষামূলক প্রোগ্রাম ছিল না, কিন্তু ডালিবার্ড এবং কোহেন-তানুদজি একই বাস্তব-বিশ্বের ফ্যাক্টর ডালিবার্ড MOT: একাধিক অভ্যন্তরীণ পারমাণবিক অবস্থার বিকাশের জন্য ব্যবহার করে তাত্ত্বিকভাবে সমস্যাটিকে আক্রমণ করেছিলেন। সোডিয়ামের গ্রাউন্ড স্টেটে একই শক্তির সাথে পাঁচটি উপস্তর রয়েছে এবং সেই রাজ্যগুলির মধ্যে পরমাণুর বন্টন আলোর তীব্রতা এবং মেরুকরণের উপর নির্ভর করে। "অপটিক্যাল পাম্পিং" নামে পরিচিত এই বন্টন প্রক্রিয়াটি প্যারিসের ENS-এ কোহেন-তানুদজির অধীনে সংঘটিত স্পেকট্রোস্কোপিক গবেষণার কেন্দ্রবিন্দু ছিল, তাই এই অতিরিক্ত রাজ্যগুলি কীভাবে লেজার কুলিং উন্নত করতে পারে তা অন্বেষণ করার জন্য তার গ্রুপটি অনন্যভাবে উপযুক্ত ছিল।

মূল বৈশিষ্ট্যটি হল লেজার আলোর মেরুকরণ, যা শাস্ত্রীয় পদার্থবিজ্ঞানে আলোর দোলাচল বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের অক্ষের সাথে মিলে যায়। ছয়টি পাল্টা-প্রচারকারী মরীচির সংমিশ্রণটি পোলারাইজেশনের একটি জটিল বন্টন তৈরি করে কারণ বিমগুলি অপটিক্যাল গুড়ের মধ্যে বিভিন্ন জায়গায় বিভিন্ন উপায়ে একত্রিত হয়। পরমাণুগুলি ক্রমাগত অপটিক্যালি বিভিন্ন কনফিগারেশনে পাম্প করা হচ্ছে, শীতল করার প্রক্রিয়াকে প্রসারিত করে এবং নিম্ন তাপমাত্রার অনুমতি দেয়।

1988 সালের গ্রীষ্মে ডালিবার্ড এবং কোহেন-তানুদজি সাব-ডপলার কুলিং ব্যাখ্যা করার জন্য একটি মার্জিত মডেল তৈরি করেছিলেন। (চু স্বাধীনভাবে একটি অনুরূপ ফলাফলে পৌঁছেছিলেন, যা তিনি ইউরোপে দুটি সম্মেলনের মধ্যে একটি ট্রেনে তোলার কথা স্মরণ করেন।) তারা একটি সরলীকৃত পরমাণুকে বিবেচনা করে মাত্র দুটি স্থল অবস্থার উপস্তর, ঐতিহ্যগতভাবে লেবেলযুক্ত –½ এবং +½, দুটি লেজার রশ্মি দ্বারা আলোকিত। বিপরীত রৈখিক মেরুকরণ সহ বিপরীত দিক। এটি একটি প্যাটার্ন তৈরি করে যা σ লেবেলযুক্ত দুটি মেরুকরণ অবস্থার মধ্যে বিকল্প হয়^- এবং σ⁺.

σ এর একটি অঞ্চলে একটি পরমাণু^- মেরুকরণ অপটিক্যালি পাম্প করা হবে –½ অবস্থায়, যা একটি বড় আলোর পরিবর্তন অনুভব করে যা এর অভ্যন্তরীণ শক্তিকে কমিয়ে দেয়। যেহেতু পরমাণু σ-এর দিকে এগিয়ে যায়⁺ মেরুকরণ অঞ্চলে, আলোর স্থানান্তর হ্রাস পায় এবং পরমাণুকে ক্ষতিপূরণের জন্য ধীর হতে হবে, অভ্যন্তরীণ শক্তি বৃদ্ধির জন্য ক্ষতিপূরণের জন্য গতিশক্তি হারাতে হবে, যেমন একটি বল পাহাড়ের উপরে গড়িয়েছে। যখন এটি σ এ পৌঁছায়⁺ হালকা, অপটিক্যাল পাম্পিং এটিকে +½ অবস্থায় স্যুইচ করবে, যার একটি বড় আলো স্থানান্তর রয়েছে। পরমাণু σ থেকে "পাহাড়" বেয়ে উঠতে গিয়ে হারিয়ে যাওয়া শক্তি ফিরে পায় না^- অঞ্চল, যদিও, তাই প্রক্রিয়াটি শুরু হওয়ার সাথে সাথে এটি ধীর গতিতে চলছে: আলোর স্থানান্তরটি পরবর্তী σ এর দিকে যাওয়ার সাথে সাথে হ্রাস পায়^- অঞ্চল, তাই এটি শক্তি হারায়, তারপর অপটিক্যালি পাম্প করে –½, ইত্যাদি।

ক্রমাগত "পাহাড়ে" আরোহণের মাধ্যমে শক্তি হারানোর এই প্রক্রিয়াটি একটি প্রাণবন্ত নাম সরবরাহ করেছিল: ডালিবার্ড এবং কোহেন-টানৌডজি একে সিসিফাস কুলিং বলে অভিহিত করেছেন, গ্রীক মিথের রাজা যাকে অনন্তকাল একটি পাহাড়ের উপরে পাথর ঠেলে পাথরের স্লিপ করার জন্য নিন্দা করা হয়েছিল। দূরে এবং নীচে ফিরে যান (চিত্র 4)। অপটিক্যাল গুড়ের পরমাণুগুলি নিজেদেরকে একই রকমের অবস্থার মধ্যে খুঁজে পায়, সর্বদা পাহাড়ে আরোহণ করে এবং শুধুমাত্র অপটিক্যাল পাম্পিং করার জন্য শক্তি হারায় এবং তাদের আবার শুরু করতে বাধ্য করে।

সিসিফাসের পুরস্কার

সিসিফাস শীতলকরণের পিছনে তত্ত্বটি সর্বনিম্ন তাপমাত্রা এবং কীভাবে তারা লেজার ডিটুনিং এবং চৌম্বক ক্ষেত্রের উপর নির্ভর করে সে সম্পর্কে কংক্রিট ভবিষ্যদ্বাণী করে। এই ভবিষ্যদ্বাণীগুলি বিশ্বজুড়ে ল্যাবগুলিতে দ্রুত নিশ্চিত করা হয়েছিল। শরৎ 1989 সালে আমেরিকার অপটিক্যাল সোসাইটির জার্নাল বি লেজার কুলিং একটি বিশেষ সংখ্যা প্রকাশিত গেইথার্সবার্গে ফিলিপস গ্রুপের পরীক্ষামূলক ফলাফল, প্যারিসের সিসিফাস তত্ত্ব এবং চু-এর গ্রুপের একটি সম্মিলিত পরীক্ষামূলক এবং তাত্ত্বিক কাগজ, যা ততক্ষণে বেল ল্যাবস থেকে ক্যালিফোর্নিয়ার স্ট্যানফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয়ে স্থানান্তরিত হয়েছিল। পরবর্তী দশকের বেশির ভাগ সময় ধরে, এই বিশেষ সমস্যাটিকে লেজার কুলিং বুঝতে চাওয়া শিক্ষার্থীদের জন্য একটি নির্দিষ্ট উত্স হিসাবে বিবেচনা করা হয়েছিল এবং কোহেন-তানৌদজি এবং চু ভাগ করে নেন 1997 পদার্থবিজ্ঞানের জন্য নোবেল পুরস্কার ফিলিপসের সাথে।

এর সীমাতে নিয়ে যাওয়া, সিসিফাস প্রভাব পরমাণুগুলিকে এমন জায়গায় ঠান্ডা করতে পারে যেখানে তাদের আর একটি একক "পাহাড়ে" আরোহণের জন্য পর্যাপ্ত শক্তি থাকে না এবং পরিবর্তে একটি একক মেরুকরণের একটি ক্ষুদ্র অঞ্চলে সীমাবদ্ধ থাকে। এই সীমাবদ্ধতা আটকে থাকা আয়নগুলির জন্য যতটা শক্ত, লেজার কুলিংয়ের দুটি শাখাকে সুন্দরভাবে প্রতিসম করে তোলে। 1990-এর দশকের গোড়ার দিকে আটকা পড়া আয়ন এবং নিরপেক্ষ পরমাণু উভয়ই এমন একটি নিয়মে ঠাণ্ডা করা যেত যেখানে তাদের কোয়ান্টাম প্রকৃতি স্পষ্ট হয়ে ওঠে: একটি ফাঁদে একটি একক আয়ন, বা সিসিফাস শীতলকরণে তৈরি একটি "কূপে" একটি পরমাণু, শুধুমাত্র নির্দিষ্ট বিচ্ছিন্ন শক্তিতে বিদ্যমান থাকতে পারে। রাজ্যগুলি এই বিচ্ছিন্ন অবস্থা শীঘ্রই উভয় সিস্টেমের জন্য পরিমাপ করা হয়; আজ, তারা পরমাণু এবং আয়ন সহ কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ের একটি অপরিহার্য অংশ।

গবেষণার আরও কৌতুহলজনক উপায় কূপগুলিকে নিজেরাই উদ্বিগ্ন করে। এগুলি তৈরি হয় যখন আলোক রশ্মিগুলি হস্তক্ষেপ করে এবং স্বাভাবিকভাবেই লেজার তরঙ্গদৈর্ঘ্যের অর্ধেক ব্যবধান সহ বড় অ্যারেগুলিতে ঘটে। এই তথাকথিত অপটিক্যাল জালিগুলির পর্যায়ক্রমিক প্রকৃতি কঠিন পদার্থের আণুবীক্ষণিক গঠনকে অনুকরণ করে, পরমাণুগুলি একটি স্ফটিক জালিতে ইলেকট্রনের ভূমিকা পালন করে। এই সাদৃশ্যটি আটকে থাকা পরমাণুগুলিকে ঘনীভূত পদার্থের পদার্থবিদ্যার ঘটনা যেমন সুপারকন্ডাক্টিভিটি অন্বেষণের জন্য একটি দরকারী প্ল্যাটফর্ম করে তোলে।

ঠান্ডা পরমাণুর সাথে সুপারকন্ডাক্টিভিটি সত্যিই অন্বেষণ করতে, যদিও, জালিটিকে অবশ্যই উচ্চতর ঘনত্বে এবং এমনকি কম তাপমাত্রায় পরমাণু দিয়ে লোড করতে হবে যা সিসিফাস কুলিংয়ের মাধ্যমে অর্জন করা যেতে পারে। আমরা যেমন পার্ট 3-এ দেখব, সেখানে পৌঁছানোর জন্য আরও একটি নতুন সরঞ্জাম এবং কৌশলগুলির প্রয়োজন হবে এবং শুধুমাত্র পরিচিত সিস্টেমের অ্যানালগগুলি নয়, বস্তুর সম্পূর্ণ নতুন অবস্থা তৈরি করার সম্ভাবনা উন্মুক্ত করবে।

• লেজার কুলিং এর ইতিহাসের পার্ট 3 চাদ অরজেল শীঘ্রই প্রকাশিত হবে ফিজিক্স ওয়ার্ল্ড

• 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। মোটরগাড়ি / ইভি, কার্বন, ক্লিনটেক, শক্তি, পরিবেশ সৌর, বর্জ্য ব্যবস্থাপনা. এখানে প্রবেশ করুন.
• প্লেটো হেলথ। বায়োটেক এবং ক্লিনিক্যাল ট্রায়াল ইন্টেলিজেন্স। এখানে প্রবেশ করুন.
• চার্টপ্রাইম। ChartPrime এর সাথে আপনার ট্রেডিং গেমটি উন্নত করুন। এখানে প্রবেশ করুন.
• ব্লকঅফসেট। পরিবেশগত অফসেট মালিকানার আধুনিকীকরণ। এখানে প্রবেশ করুন.
• উত্স: https://physicsworld.com/a/colder-how-physicists-beat-the-theoretical-limit-for-laser-cooling-and-laid-the-foundations-for-a-quantum-revolution/