এক্সপেরিমেন্ট স্পেল ডুম ফর কোয়ান্টাম অদ্ভুততার দশক-পুরাতন ব্যাখ্যা

কোয়ান্টাম মেকানিক্স দ্বারা সরবরাহকৃত সম্ভাবনার প্যালেট থেকে বস্তুনিষ্ঠ বাস্তবতা কীভাবে উদ্ভূত হয়? এই প্রশ্নটি - তত্ত্ব দ্বারা উত্থাপিত সবচেয়ে গভীর এবং সবচেয়ে বিরক্তিকর সমস্যা - এখনও একটি শতাব্দী পুরানো তর্কের বিষয়। কোয়ান্টাম মেকানিক্স বলতে কী বোঝায় তার বিভিন্ন ব্যাখ্যার উপর অঙ্কন করে বিশ্বের পর্যবেক্ষণগুলি কীভাবে সুনির্দিষ্ট, "শাস্ত্রীয়" ফলাফল দেয় তার সম্ভাব্য ব্যাখ্যাগুলি কেবলমাত্র সেই একশ বা তার বেশি বছর ধরে বহুগুণ বেড়েছে।

কিন্তু এখন আমরা অন্তত এক সেট প্রস্তাব বাদ দিতে প্রস্তুত হতে পারি। সাম্প্রতিক পরীক্ষাগুলি কণা পদার্থবিদ্যার যন্ত্রগুলির চরম সংবেদনশীলতাকে একত্রিত করেছে যে ধারণাটি পরীক্ষা করার জন্য যে কোয়ান্টাম সম্ভাবনার "পতন" একটি একক শাস্ত্রীয় বাস্তবতায় কেবল একটি গাণিতিক সুবিধা নয় বরং একটি বাস্তব শারীরিক প্রক্রিয়া - একটি ধারণা যাকে "ভৌতিক পতন" বলা হয়। পরীক্ষাগুলি এই পতনের মডেলগুলির অন্তত সহজ জাতগুলির দ্বারা ভবিষ্যদ্বাণী করা প্রভাবগুলির কোনও প্রমাণ খুঁজে পায় না৷

শারীরিক পতন ঘটে না তা নিশ্চিতভাবে বলা এখনও খুব তাড়াতাড়ি। কিছু গবেষক বিশ্বাস করেন যে পরীক্ষার শূন্য ফলাফলের দ্বারা তাদের উপর স্থাপিত সীমাবদ্ধতাগুলি এড়াতে মডেলগুলি এখনও সংশোধন করা যেতে পারে। কিন্তু যখন "যেকোন মডেল উদ্ধার করা সবসময় সম্ভব," বলেন সান্দ্রো দোনাদি, ইতালির ট্রিয়েস্টে ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট ফর নিউক্লিয়ার ফিজিক্স (INFN) এর একজন তাত্ত্বিক পদার্থবিদ, যিনি একটি পরীক্ষায় নেতৃত্ব দিয়েছিলেন, তিনি সন্দেহ করেন যে “সম্প্রদায় মডেলগুলি [অনির্দিষ্টকালের জন্য] পরিবর্তন করতে থাকবে, যেহেতু শেখার খুব বেশি কিছু থাকবে না এটা করে।" কোয়ান্টাম তত্ত্বের সবচেয়ে বড় রহস্য সমাধানের এই প্রচেষ্টায় ফাঁদ শক্ত হয়ে যাচ্ছে বলে মনে হচ্ছে।

পতনের কারণ কী?

দৈহিক পতন মডেলগুলি প্রচলিত কোয়ান্টাম তত্ত্বের একটি কেন্দ্রীয় দ্বিধা সমাধানের লক্ষ্য রাখে। 1926 সালে এরউইন শ্রোডিঙ্গার জাহির যে একটি কোয়ান্টাম বস্তুকে একটি গাণিতিক সত্তা দ্বারা বর্ণনা করা হয় যাকে তরঙ্গ ফাংশন বলা হয়, যা বস্তু এবং এর বৈশিষ্ট্য সম্পর্কে যা বলা যেতে পারে সেগুলিকে অন্তর্ভুক্ত করে। নামটি বোঝায়, একটি তরঙ্গ ফাংশন এক ধরণের তরঙ্গকে বর্ণনা করে - তবে একটি শারীরিক নয়। বরং, এটি একটি "সম্ভাব্যতা তরঙ্গ", যা আমাদের বস্তুর উপর করা পরিমাপের বিভিন্ন সম্ভাব্য ফলাফলের ভবিষ্যদ্বাণী করতে দেয় এবং একটি প্রদত্ত পরীক্ষায় তাদের যে কোনো একটিকে পর্যবেক্ষণ করার সুযোগ দেয়।

যদি এই ধরনের বস্তুর উপর অনেক পরিমাপ করা হয় যখন তারা একটি অভিন্ন পদ্ধতিতে প্রস্তুত হয়, তরঙ্গ ফাংশন সবসময় সঠিকভাবে ফলাফলের পরিসংখ্যানগত বন্টন পূর্বাভাস দেয়। কিন্তু কোনো একক পরিমাপের ফলাফল কী হবে তা জানার কোনো উপায় নেই — কোয়ান্টাম মেকানিক্স শুধুমাত্র সম্ভাব্যতা প্রদান করে। কি একটি নির্দিষ্ট পর্যবেক্ষণ নির্ধারণ করে? 1932 সালে, গাণিতিক পদার্থবিদ জন ভন নিউম্যান প্রস্তাব করেছিলেন যে, যখন একটি পরিমাপ করা হয়, তখন তরঙ্গ ফাংশন সম্ভাব্য ফলাফলগুলির মধ্যে একটিতে "ধ্বস" হয়। প্রক্রিয়াটি মূলত এলোমেলো কিন্তু এটি এনকোড করা সম্ভাব্যতার দ্বারা পক্ষপাতদুষ্ট। কোয়ান্টাম মেকানিক্স নিজেই পতনের পূর্বাভাস দিতে পারে না, যা ম্যানুয়ালি গণনায় যোগ করতে হবে।

একটি অ্যাডহক গাণিতিক কৌশল হিসাবে, এটি যথেষ্ট ভাল কাজ করে। কিন্তু কিছু গবেষকদের কাছে এটাকে অসন্তোষজনক হাতছানি বলে মনে হয়েছিল (এবং মনে হচ্ছে)। আইনস্টাইন বিখ্যাতভাবে এটিকে ঈশ্বরের পাশা বাজানোর সাথে তুলনা করেছিলেন যে কোনটি "বাস্তব" হয়ে ওঠে - আমরা আমাদের ধ্রুপদী জগতে আসলে কী লক্ষ্য করি। ডেনিশ পদার্থবিজ্ঞানী নিলস বোর, তার তথাকথিত কোপেনহেগেন ব্যাখ্যায়, সহজভাবে বিষয়টিকে সীমার বাইরে উচ্চারণ করেছিলেন, বলেছিলেন যে পদার্থবিদদের কেবলমাত্র কোয়ান্টাম এবং ক্লাসিক্যাল শাসনের মধ্যে একটি মৌলিক পার্থক্য গ্রহণ করতে হবে। বিপরীতে, 1957 সালে পদার্থবিজ্ঞানী হিউ এভারেট জোর দিয়েছিলেন যে তরঙ্গ ফাংশন পতন কেবল একটি বিভ্রম এবং প্রকৃতপক্ষে সমস্ত ফলাফল প্রায় অসীম সংখ্যক শাখাযুক্ত মহাবিশ্বের মধ্যে উপলব্ধি করা হয় - যাকে পদার্থবিজ্ঞানীরা এখন বলে "অনেক পৃথিবী. "

সত্য যে "তরঙ্গ ফাংশন পতনের মৌলিক কারণ এখনও অজানা," বলেন ইনউক কিম, ক্যালিফোর্নিয়ার লরেন্স লিভারমোর ন্যাশনাল ল্যাবরেটরির একজন পদার্থবিদ। "কেন এবং কিভাবে এটি ঘটে?"

1986 সালে, ইতালীয় পদার্থবিদ জিয়ানকার্লো ঘিরার্দি, আলবার্তো রিমিনি এবং টুলিও ওয়েবার প্রস্তাবিত একটি উত্তর. যদি তারা বলে, শ্রোডিঞ্জারের তরঙ্গ সমীকরণটি পুরো গল্প নয়? তারা মনে করেন যে একটি কোয়ান্টাম সিস্টেম ক্রমাগত কিছু অজানা প্রভাব দ্বারা উন্নীত হয় যা এটিকে সিস্টেমের সম্ভাব্য পর্যবেক্ষণযোগ্য অবস্থাগুলির মধ্যে একটিতে স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঝাঁপিয়ে পড়তে প্ররোচিত করতে পারে, একটি টাইমস্কেলে যা সিস্টেমটি কতটা বড় তার উপর নির্ভর করে। একটি ছোট, বিচ্ছিন্ন সিস্টেম, যেমন একটি কোয়ান্টাম সুপারপজিশনে একটি পরমাণু (এমন একটি অবস্থা যেখানে বেশ কয়েকটি পরিমাপের ফলাফল সম্ভব), খুব দীর্ঘ সময়ের জন্য এইভাবে থাকবে। কিন্তু বড় বস্তু - একটি বিড়াল, বল, বা একটি পরমাণু যখন এটি একটি ম্যাক্রোস্কোপিক পরিমাপক যন্ত্রের সাথে যোগাযোগ করে - প্রায় তাত্ক্ষণিকভাবে একটি সু-সংজ্ঞায়িত শাস্ত্রীয় অবস্থায় ভেঙে পড়ে। এই তথাকথিত GRW মডেলটি (ত্রয়ীটির আদ্যক্ষর পরে) ছিল প্রথম শারীরিক-পতন মডেল; একটু পরে পরিশোধন ক্রমাগত স্বতঃস্ফূর্ত লোকালাইজেশন (সিএসএল) মডেল হিসাবে পরিচিত যা আকস্মিক লাফের পরিবর্তে ধীরে ধীরে, ক্রমাগত পতন জড়িত। এই মডেলগুলি কোয়ান্টাম মেকানিক্সের সংযোজন হিসাবে এতটা ব্যাখ্যা নয়, পদার্থবিদ বলেছেন ম্যাগডালেনা জাইচ অস্ট্রেলিয়ার কুইন্সল্যান্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের।

তরঙ্গ ফাংশন পতনের মাধ্যমে এই স্বতঃস্ফূর্ত স্থানীয়করণের কারণ কী? GRW এবং CSL মডেল বলে না; তারা শুধুমাত্র এটি বর্ণনা করার জন্য শ্রোডিঙ্গার সমীকরণে একটি গাণিতিক শব্দ যোগ করার পরামর্শ দেয়। কিন্তু 1980 এবং 90 এর দশকে, অক্সফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের গাণিতিক পদার্থবিদ রজার পেনরোজ এবং বুদাপেস্টের ইটোভস লর্যান্ড ইউনিভার্সিটির লাজোস ডিওসি স্বাধীনভাবে পতনের সম্ভাব্য কারণ প্রস্তাব করেছিলেন: মাধ্যাকর্ষণ। ঢিলেঢালাভাবে বলতে গেলে, তাদের ধারণা ছিল যে যদি একটি কোয়ান্টাম বস্তু অবস্থানগুলির একটি সুপারপজিশনে থাকে, প্রতিটি অবস্থানের অবস্থা তাদের মহাকর্ষীয় মিথস্ক্রিয়া দ্বারা অন্যদের "অনুভূত" করবে। যেন এই আকর্ষণ বস্তুটিকে নিজেকে পরিমাপ করতে বাধ্য করে, পতন ঘটায়। অথবা যদি আপনি এটিকে সাধারণ আপেক্ষিকতার দৃষ্টিকোণ থেকে দেখেন, যা মাধ্যাকর্ষণকে বর্ণনা করে, স্থানগুলির একটি সুপারপজিশন একই সময়ে দুটি ভিন্ন উপায়ে স্থান-কালের ফ্যাব্রিককে বিকৃত করে, এমন একটি পরিস্থিতি যা সাধারণ আপেক্ষিকতা মিটমাট করতে পারে না। পেনরোজ যেমন বলেছেন, কোয়ান্টাম মেকানিক্স এবং সাধারণ আপেক্ষিকতার মধ্যে একটি স্থবিরতার মধ্যে, কোয়ান্টাম প্রথমে ফাটবে।

সত্যের পরীক্ষা

এই ধারণাগুলি সর্বদা অত্যন্ত অনুমানমূলক হয়েছে। কিন্তু, কোপেনহেগেন এবং এভারেট ব্যাখ্যার মতো কোয়ান্টাম মেকানিক্সের ব্যাখ্যার বিপরীতে, ভৌত-পতনের মডেলগুলিতে পর্যবেক্ষণযোগ্য ভবিষ্যদ্বাণী করার গুণ রয়েছে - এবং এইভাবে পরীক্ষাযোগ্য এবং মিথ্যা প্রমাণ করা যায়।

যদি প্রকৃতপক্ষে কোনো ব্যাকগ্রাউন্ড পারটার্বেশন থাকে যা কোয়ান্টাম পতনকে প্ররোচিত করে - তা মহাকর্ষীয় প্রভাব থেকে আসে বা অন্য কিছু থেকে - তাহলে সমস্ত কণা এই বিক্ষিপ্ততার সাথে ক্রমাগত ইন্টারঅ্যাক্ট করবে, সেগুলি সুপারপজিশনে থাকুক বা না থাকুক। নীতিগতভাবে ফলাফল সনাক্তযোগ্য হওয়া উচিত। মিথস্ক্রিয়াটি ব্রাউনিয়ান গতির সাথে তুলনীয় "মহাকাশে কণার স্থায়ী জিগজ্যাগিং" তৈরি করা উচিত, আইএনএফএন-এর একজন পদার্থবিদ ক্যাটালিনা কার্সেনু বলেছেন।

বর্তমান ভৌত-পতনের মডেলগুলি পরামর্শ দেয় যে এই বিচ্ছুরণ গতি খুবই সামান্য। তবুও, যদি কণাটি বৈদ্যুতিকভাবে চার্জ করা হয়, তবে গতিটি ব্রেমসস্ট্রালুং নামক প্রক্রিয়ায় ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক বিকিরণ তৈরি করবে। পদার্থের একটি গলদ এইভাবে ক্রমাগত ফোটনের একটি খুব ক্ষীণ প্রবাহ নির্গত করা উচিত, যা মডেলগুলির সাধারণ সংস্করণগুলি এক্স-রে পরিসরে হওয়ার ভবিষ্যদ্বাণী করে। দোনাদি ও তার সহকর্মী অ্যাঞ্জেলো বাসসি আছে প্রদর্শিত ডায়োসি-পেনরোজ মডেল সহ গতিশীল স্বতঃস্ফূর্ত পতনের যে কোনও মডেল থেকে এই জাতীয় বিকিরণের নির্গমন প্রত্যাশিত।

তবুও "যদিও ধারণাটি সহজ, বাস্তবে পরীক্ষাটি এত সহজ নয়," কিম বলেছিলেন। ভবিষ্যদ্বাণী করা সংকেত অত্যন্ত দুর্বল, যার অর্থ হল একটি পরীক্ষায় একটি সনাক্তযোগ্য সংকেত পেতে প্রচুর পরিমাণে চার্জযুক্ত কণা জড়িত থাকতে হবে। এবং পটভূমির শব্দ - যা পরিবেশে মহাজাগতিক রশ্মি এবং বিকিরণের মতো উত্স থেকে আসে - কম রাখতে হবে। এই অবস্থাগুলি শুধুমাত্র অত্যন্ত সংবেদনশীল পরীক্ষা দ্বারা সন্তুষ্ট হতে পারে, যেমন অন্ধকার পদার্থের সংকেত বা নিউট্রিনো নামক অধরা কণা সনাক্ত করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে।

1996 সালে, নিউইয়র্কের হ্যামিল্টন কলেজের কিজিয়া ফু - তখন স্নাতক- প্রস্তাবিত এক্স-রে নির্গমনের একটি CSL স্বাক্ষর সনাক্ত করতে জার্মেনিয়াম-ভিত্তিক নিউট্রিনো পরীক্ষাগুলি ব্যবহার করে। (তিনি তার কাগজ জমা দেওয়ার কয়েক সপ্তাহ পরে, তিনি ছিলেন বজ্রপাত দ্বারা আঘাত উটাহে একটি হাইকিং ট্রিপে এবং নিহত।) ধারণাটি ছিল যে জার্মেনিয়ামের প্রোটন এবং ইলেক্ট্রনগুলি স্বতঃস্ফূর্ত বিকিরণ নির্গত করবে, যা অতি সংবেদনশীল ডিটেক্টরগুলি তুলে নেবে। তবুও সম্প্রতি প্রয়োজনীয় সংবেদনশীলতা সহ যন্ত্রগুলি অনলাইনে এসেছে৷

2020 সালে, ইতালির একটি দল, হাঙ্গেরির ডিওসি সহ ডোনাডি, বাসি এবং কার্সেনু সহ, ডায়োসি-পেনরোজ মডেলটি পরীক্ষা করার জন্য এই ধরণের একটি জার্মেনিয়াম ডিটেক্টর ব্যবহার করেছিল। IGEX নামক একটি নিউট্রিনো পরীক্ষার জন্য তৈরি ডিটেক্টরগুলি ইতালির অ্যাপেনাইন রেঞ্জের একটি পর্বত গ্রান সাসোর নীচে অবস্থানের কারণে বিকিরণ থেকে রক্ষা পায়।

অবশিষ্ট পটভূমি সংকেতটি সাবধানে বিয়োগ করার পরে - বেশিরভাগই শিলা থেকে প্রাকৃতিক তেজস্ক্রিয়তা - পদার্থবিদরা কোন নির্গমন দেখেছি একটি সংবেদনশীলতা স্তরে যা Diósi-Penrose মডেলের সহজতম রূপকে বাতিল করে। তারাও শক্তিশালী সীমানা স্থাপন করা হয়েছে পরামিতিগুলির মধ্যে যেখানে বিভিন্ন CSL মডেল এখনও কাজ করতে পারে। আসল GRW মডেলটি এই আঁটসাঁট জানালার মধ্যেই রয়েছে: এটি একটি ঝাঁকুনি দিয়ে বেঁচে গেছে।

একটি ইন কাগজ এই আগস্ট প্রকাশিত, 2020 ফলাফল নিশ্চিত করা হয়েছিল এবং মেজোরানা ডেমোনস্ট্রেটর নামক একটি পরীক্ষা দ্বারা শক্তিশালী করা হয়েছিল, যা প্রাথমিকভাবে মেজোরানা নিউট্রিনো (যাদের নিজস্ব প্রতিকণা হওয়ার অদ্ভুত সম্পত্তি রয়েছে) নামক অনুমানমূলক কণাগুলি অনুসন্ধান করার জন্য প্রতিষ্ঠিত হয়েছিল। পরীক্ষাটি সানফোর্ড আন্ডারগ্রাউন্ড রিসার্চ ফ্যাসিলিটিতে রাখা হয়েছে, যা দক্ষিণ ডাকোটার একটি প্রাক্তন সোনার খনিতে প্রায় 5,000 ফুট ভূগর্ভে অবস্থিত। এটিতে IGEX-এর তুলনায় উচ্চ-বিশুদ্ধতার জার্মেনিয়াম ডিটেক্টরের একটি বড় অ্যারে রয়েছে এবং তারা কম শক্তিতে এক্স-রে সনাক্ত করতে পারে। "আমাদের সীমা আগের কাজের তুলনায় অনেক বেশি কঠোর," দলের সদস্য কিম বলেছেন।

একটি অগোছালো শেষ

যদিও শারীরিক-পতন মডেলগুলি খারাপভাবে অসুস্থ, তারা পুরোপুরি মৃত নয়। "বিভিন্ন মডেলগুলি ধসের প্রকৃতি এবং বৈশিষ্ট্যগুলি সম্পর্কে খুব আলাদা অনুমান করে," কিম বলেছিলেন। পরীক্ষামূলক পরীক্ষাগুলি এখন এই মানগুলির জন্য সবচেয়ে যুক্তিযুক্ত সম্ভাবনাগুলিকে বাদ দিয়েছে, তবে এখনও আশার একটি ছোট দ্বীপ রয়েছে।

ক্রমাগত স্বতঃস্ফূর্ত স্থানীয়করণ মডেলগুলি প্রস্তাব করে যে তরঙ্গ ফাংশনকে বিঘ্নিত করে এমন ভৌত সত্তা হল একধরনের "শব্দ ক্ষেত্র", যা বর্তমান পরীক্ষাগুলি হোয়াইট নয়েজ বলে অনুমান করে: সমস্ত ফ্রিকোয়েন্সিতে অভিন্ন। এটাই সবচেয়ে সহজ অনুমান। কিন্তু এটা সম্ভব যে শব্দটি "রঙিন" হতে পারে, উদাহরণস্বরূপ কিছু উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি কাটঅফ করে। Curceanu বলেছেন যে এই আরও জটিল মডেলগুলি পরীক্ষা করার জন্য এখন পর্যন্ত যতটা সম্ভব হয়েছে তার চেয়ে উচ্চ শক্তিতে নির্গমন স্পেকট্রাম পরিমাপ করতে হবে।

মেজোরানা ডেমোনস্ট্রেটর পরীক্ষা এখন বন্ধ হয়ে যাচ্ছে, কিন্তু দলটি একটি নতুন সহযোগিতা গঠন করছে গারডা, গ্রান সাসোর উপর ভিত্তি করে, নিউট্রিনো ভর অনুসন্ধানের আরেকটি পরীক্ষা তৈরি করতে। ডাকল কিংবদন্তি, এটিতে আরও বিশাল এবং এইভাবে আরও সংবেদনশীল জার্মেনিয়াম ডিটেক্টর অ্যারে থাকবে। "কিংবদন্তি সিএসএল মডেলের সীমা আরও বাড়িয়ে দিতে সক্ষম হতে পারে," কিম বলেছিলেন। এছাড়াও আছে প্রস্তাব উন্নত পরীক্ষামূলক স্পেস-ভিত্তিক পরীক্ষায় এই মডেলগুলি, যা পরিবেশগত কম্পন দ্বারা উত্পাদিত শব্দে ভুগবে না।

মিথ্যা করা কঠিন কাজ, এবং খুব কমই পরিপাটি শেষ বিন্দুতে পৌঁছায়। এমনকি এখন, Curceanu অনুসারে, রজার পেনরোজ — যিনি পুরস্কৃত হয়েছেন 2020 পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার সাধারণ আপেক্ষিকতার উপর তার কাজের জন্য — Diósi-Penrose মডেলের একটি সংস্করণে কাজ করছেন যেখানে কোনও স্বতঃস্ফূর্ত বিকিরণ নেই।

একইভাবে, কেউ কেউ সন্দেহ করেন যে কোয়ান্টাম মেকানিক্সের এই দৃষ্টিভঙ্গির জন্য, লেখাটি দেয়ালে রয়েছে। "আমাদের যা করতে হবে তা হল এই মডেলগুলি কী অর্জন করার চেষ্টা করছে তা পুনর্বিবেচনা করা," জাইচ বলেছিলেন, "এবং দেখুন যে অনুপ্রেরণামূলক সমস্যাগুলির একটি ভিন্ন পদ্ধতির মাধ্যমে ভাল উত্তর নাও থাকতে পারে।" যদিও কিছু লোক তর্ক করবে যে পরিমাপের সমস্যাটি আর কোনও সমস্যা নয়, আমরা অনেক কিছু শিখেছি, প্রথম পতনের মডেলগুলি প্রস্তাবিত হওয়ার পর থেকে, কোয়ান্টাম পরিমাপ কী অন্তর্ভুক্ত করে সে সম্পর্কে। "আমি মনে করি কয়েক দশক আগে এই মডেলগুলি কী তৈরি করা হয়েছিল সেই প্রশ্নে আমাদের ফিরে যেতে হবে," তিনি বলেছিলেন, "এবং এর মধ্যে আমরা যা শিখেছি তা গুরুত্ব সহকারে নেওয়া উচিত।"