মহাকাশ-বাহিত পরমাণু আইনস্টাইনের সমতুল্যতার নীতির নতুন পরীক্ষার সূত্রপাত করে - পদার্থবিজ্ঞান বিশ্ব

অবাধে পতনশীল দেহের গতি তাদের গঠন থেকে স্বাধীন। এটি আইনস্টাইনের সমতা নীতির (EEP) ভিত্তিগুলির মধ্যে একটি, যা মাধ্যাকর্ষণ সম্পর্কে আমাদের আধুনিক বোঝার উপর ভিত্তি করে। এই নীতি, যাইহোক, ক্রমাগত যাচাই করা হয়. এর যেকোনো লঙ্ঘন আমাদের অন্ধকার শক্তি এবং অন্ধকার পদার্থের অনুসন্ধানে ইঙ্গিত দেবে, পাশাপাশি ব্ল্যাক হোল এবং অন্যান্য সিস্টেমগুলি যেখানে মাধ্যাকর্ষণ এবং কোয়ান্টাম মেকানিক্স মিলিত হয় সেগুলি সম্পর্কে আমাদের বোঝার নির্দেশনা দেবে।

মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র, ফ্রান্স এবং জার্মানির বিজ্ঞানীরা এখন EEP পরীক্ষা করার জন্য একটি নতুন সিস্টেম তৈরি করেছেন: দুটি আল্ট্রাকোল্ড কোয়ান্টাম গ্যাসের মিশ্রণ যা আন্তর্জাতিক মহাকাশ স্টেশন (ISS) এর উপরে পৃথিবীকে প্রদক্ষিণ করে। তারা মহাকাশে প্রথম দ্বৈত-প্রজাতির পরমাণু ইন্টারফেরোমিটারও প্রদর্শন করেছে, যা তারা EEP পরীক্ষার দিকে একটি "গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ" হিসাবে বর্ণনা করেছে। এই পরীক্ষার মাধ্যমে তারা যে প্রশ্নের উত্তর দিতে চায় তা সহজ: বিভিন্ন ভরের দুটি পরমাণু কি একই হারে পড়ে?

আইএসএস-এ ঠান্ডা পরমাণু

আইএসএস এর বাড়ি কোল্ড এটম ল্যাবরেটরি (CAL), যা মহাকাশে পরমাণুর জন্য একটি "খেলার মাঠ"। 2018 সালে চালু করা হয়েছিল, 2020 সালে এটি প্রথম মহাকাশ-বাহিত বোস-আইনস্টাইন কনডেনসেট (BEC) তৈরি করেছিল - পরমাণুগুলিকে পরমাণুগুলিকে একেবারে শূন্যের উপরে তাপমাত্রায় ঠান্ডা করার পরে পদার্থের একটি বিশেষ অবস্থা অর্জন করা হয়েছিল। এই প্রথম কোয়ান্টাম গ্যাসে আল্ট্রাকোল্ড রুবিডিয়াম পরমাণু ছিল, কিন্তু 2021 সালে আপগ্রেড করার পরে, CAL পটাসিয়াম পরমাণুর কোয়ান্টাম গ্যাস তৈরির জন্য একটি মাইক্রোওয়েভ উত্সও হোস্ট করে।

সর্বশেষ কাজ, যা বর্ণনা করা হয়েছে প্রকৃতি, CAL বিজ্ঞানীরা ISS এ উভয় প্রজাতির একটি কোয়ান্টাম মিশ্রণ তৈরি করেছেন। "মহাকাশে এই কোয়ান্টাম মিশ্রণ তৈরি করা আইনস্টাইনের সমতুল্যতার নীতি পরীক্ষা করার জন্য উচ্চ নির্ভুলতা পরিমাপের বিকাশের দিকে একটি গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ," বলেছেন গ্যাব্রিয়েল মুলার, জার্মানির হ্যানোভারের লাইবনিজ ইউনিভার্সিটির একজন পিএইচডি ছাত্র যিনি পরীক্ষায় জড়িত।

এই মিশ্রণটি অর্জন করার জন্য, দলটি একটি চৌম্বকীয় ফাঁদে রুবিডিয়াম পরমাণুকে আবদ্ধ করে এবং সবচেয়ে শক্তিশালী "গরম" পরমাণুগুলিকে ফাঁদ থেকে বাষ্পীভূত করার অনুমতি দেয়, "ঠান্ডা" পরমাণুগুলিকে পিছনে ফেলে। পরমাণুগুলি একটি নির্দিষ্ট সমালোচনামূলক তাপমাত্রার নীচে নেমে গেলে এটি অবশেষে একটি কোয়ান্টাম গ্যাসে একটি পর্যায়ে রূপান্তর ঘটায়।

যদিও এই প্রক্রিয়াটি পটাসিয়াম পরমাণুর জন্যও কাজ করে, একই সাথে একই ফাঁদে উভয় প্রজাতিকে বাষ্পীভূত করা সোজা নয়। যেহেতু রুবিডিয়াম এবং পটাসিয়াম পরমাণুর অভ্যন্তরীণ শক্তির গঠন ভিন্ন, তাই ফাঁদে তাদের প্রাথমিক তাপমাত্রা পরিবর্তিত হয়, এবং তাই ফাঁদের সর্বোত্তম অবস্থা এবং গুরুতর তাপমাত্রায় পৌঁছানোর জন্য বাষ্পীভবনের সময় প্রয়োজন। ফলস্বরূপ, বিজ্ঞানীদের একটি ভিন্ন সমাধানের দিকে যেতে হয়েছিল। "পটাসিয়াম কোয়ান্টাম গ্যাস বাষ্পীভূত শীতলকরণের মাধ্যমে উত্পন্ন হয় না, বরং বাষ্পীভূত আল্ট্রাকোল্ড রুবিডিয়াম গ্যাসের সাথে সরাসরি তাপীয় যোগাযোগের মাধ্যমে 'সহানুভূতিশীলভাবে' শীতল হয়," মুলার ব্যাখ্যা করেন।

তিনি যোগ করেন মহাকাশে এই কোয়ান্টাম গ্যাস উৎপন্ন করার যোগ্যতা রয়েছে। “পৃথিবীতে, একটি মহাকর্ষীয় স্যাগ রয়েছে, যার অর্থ হল বিভিন্ন ভরের দুটি পরমাণু ফাঁদে একই অবস্থানে থাকবে না। মহাকাশে, অন্যদিকে, মহাকর্ষীয় মিথস্ক্রিয়া দুর্বল, এবং দুটি প্রজাতি ওভারল্যাপড।" মাইক্রোগ্রাভিটিতে কাজ করার এই দিকটি দুটি প্রজাতির মধ্যে মিথস্ক্রিয়া পর্যবেক্ষণ করার লক্ষ্যে পরীক্ষা চালানোর জন্য অপরিহার্য যা অন্যথায় পৃথিবীর মাধ্যাকর্ষণ প্রভাব দ্বারা হাইজ্যাক করা হবে।

কোয়ান্টাম স্টেট ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা

রুবিডিয়াম এবং পটাসিয়াম পরমাণুর একটি কোয়ান্টাম মিশ্রণ তৈরি করা CAL টিমকে EEP পরীক্ষা করার এক ধাপ কাছাকাছি নিয়ে আসে, তবে পরীক্ষার অন্যান্য উপাদানগুলি এখনও নিয়ন্ত্রণ করা দরকার। উদাহরণস্বরূপ, যদিও দুটি প্রজাতি ফাঁদে ওভারল্যাপ করে, যখন তারা এটি থেকে মুক্তি পায়, তাদের প্রাথমিক অবস্থানগুলি কিছুটা আলাদা হয়। মুলার ব্যাখ্যা করেছেন যে এটি আংশিকভাবে প্রতিটি পরমাণুর প্রজাতির বৈশিষ্ট্যগুলির কারণে যা বিভিন্ন গতিশীলতার দিকে পরিচালিত করে, তবে এটি তাত্ক্ষণিকভাবে ফাঁদ প্রকাশ না হওয়ার কারণেও হয়, যার অর্থ একটি প্রজাতি অন্যটির তুলনায় একটি অবশিষ্ট চৌম্বকীয় শক্তি অনুভব করে। সঠিকভাবে যত্ন না নিলে এই ধরনের পদ্ধতিগত প্রভাব সহজেই নিজেদেরকে EEP লঙ্ঘন হিসাবে উপস্থাপন করতে পারে।

এই কারণে, বিজ্ঞানীরা তাদের ফাঁদের পদ্ধতিগত বৈশিষ্ট্য এবং অবাঞ্ছিত শব্দ কমানোর দিকে মনোযোগ দিয়েছেন। "এই কাজটি হ্যানোভারে সক্রিয়ভাবে করা হচ্ছে, উভয় প্রজাতির ভাল-ইঞ্জিনিয়ারযুক্ত ইনপুট স্টেট তৈরি করার জন্য, যা গুরুত্বপূর্ণ হবে কারণ আপনি ইন্টারফেরোমিটার শুরু করার আগে আপনার অনুরূপ প্রাথমিক অবস্থার প্রয়োজন হবে," মুলার বলেছেন। প্রাথমিক অবস্থান সমস্যার একটি সমাধান, তিনি যোগ করেন, চৌম্বকীয় ফাঁদ বন্ধ করার আগে ধীরে ধীরে উভয় প্রজাতিকে একক অবস্থানে নিয়ে যাওয়া। যদিও এটি উচ্চ নির্ভুলতার সাথে করা যেতে পারে, এটি পরমাণুকে গরম করার এবং তাদের কিছু হারানোর খরচে আসে। বিজ্ঞানীরা তাই ট্রান্সপোর্ট মেকানিজমকে অপ্টিমাইজ করার জন্য মেশিন লার্নিং ব্যবহার করার আশা করছেন এবং এর ফলে পারমাণবিক গতিবিদ্যার অনুরূপ নিয়ন্ত্রণ অর্জন করবেন, কিন্তু অনেক দ্রুত।

মহাকাশে দ্বৈত-প্রজাতির পরমাণু ইন্টারফেরোমিটার

একবার এই সমস্যাগুলি সমাধান হয়ে গেলে, পরবর্তী পদক্ষেপটি দ্বৈত-প্রজাতির পরমাণু ইন্টারফেরোমেট্রি ব্যবহার করে একটি EEP পরীক্ষা করা হবে। দুটি অতিকোল্ড পরমাণু মেঘের একটি সুসংগত সুপারপজিশন তৈরি করতে হালকা ডাল ব্যবহার করে, তারপরে তাদের পুনরায় সংমিশ্রণ করে এবং একটি নির্দিষ্ট মুক্ত বিবর্তন সময়ের পরে তাদের হস্তক্ষেপ করতে দেয়। হস্তক্ষেপ প্যাটার্নে মিশ্রণের ত্বরণ সম্পর্কে মূল্যবান তথ্য রয়েছে, যেখান থেকে বিজ্ঞানীরা বের করতে পারেন যে উভয় প্রজাতি একই মহাকর্ষীয় ত্বরণ অনুভব করেছে কিনা।

এই কৌশলটির একটি সীমাবদ্ধ কারণ হল লেজার রশ্মির অবস্থান এবং পারমাণবিক নমুনা ওভারল্যাপ কতটা ভাল। "এটি সবচেয়ে জটিল অংশ," মুলার জোর দিয়েছিলেন। একটি সমস্যা হল যে আইএসএস-এর কম্পনের ফলে লেজার সিস্টেম কম্পিত হয়, যা সিস্টেমে ফেজ নয়েজ প্রবর্তন করে। আরেকটি সমস্যা হল যে উভয় প্রজাতির বিভিন্ন ভর এবং পারমাণবিক শক্তি স্তরের গঠন তাদের কম্পনজনিত শব্দে ভিন্নভাবে প্রতিক্রিয়া দেখায়, যা দুটি পরমাণুর ইন্টারফেরোমিটারের মধ্যে একটি ডিফ্যাসিং তৈরি করে।

সর্বশেষ কাজে, বিজ্ঞানীরা মিশ্রণের যুগপত পরমাণুর ইন্টারফেরোমেট্রি প্রদর্শন করেছেন এবং রুবিডিয়াম এবং পটাসিয়াম পরমাণুর হস্তক্ষেপ প্যাটার্নের মধ্যে একটি আপেক্ষিক পর্যায় পরিমাপ করেছেন। যাইহোক, তারা ভাল করেই জানেন যে এই ধরনের একটি ফেজ সম্ভবত তারা যে শব্দের উৎসগুলি মোকাবেলা করছে তার কারণে হতে পারে, ইপিপি লঙ্ঘনের পরিবর্তে।

ভবিষ্যতের মিশন

পরমাণু সংখ্যা বাড়ানো, লেজারের উত্সগুলি উন্নত করা এবং পরীক্ষামূলক ক্রমে নতুন অ্যালগরিদম প্রয়োগ করার লক্ষ্যে একটি নতুন বিজ্ঞান মডিউল ISS-এ চালু করা হয়েছিল। মৌলিকভাবে, যদিও, CAL বিজ্ঞানীরা শিল্পের বর্তমান অবস্থার বাইরে জড়তামূলক নির্ভুলতা পরিমাপ প্রদর্শনের জন্য প্রচেষ্টা চালাচ্ছেন। "এই ধরনের উপলব্ধিগুলি অভূতপূর্ব স্তরে বিনামূল্যে পতনের সার্বজনীনতা পরীক্ষা করে ভবিষ্যতের স্যাটেলাইট মিশনের দিকে গুরুত্বপূর্ণ মাইলফলক," হ্যানোভার বলেছেন Naceur Gaaloul, সাম্প্রতিক কাগজের একজন সহ-লেখক।

আন্তর্জাতিক মহাকাশ স্টেশনে বোস-আইনস্টাইন কনডেনসেট তৈরি করা হয়

গালউল উল্লেখ করেছেন একটি উদাহরণ হল STE-QUEST (স্পেস-টাইম এক্সপ্লোরার এবং কোয়ান্টাম ইকুইভালেন্স প্রিন্সিপল স্পেস টেস্ট) প্রস্তাব, যা 10-এর কম ত্বরণের পার্থক্যের জন্য সংবেদনশীল হবে।^-17 m / s². এই সূক্ষ্মতা একটি আপেল এবং একটি কমলা ড্রপ এবং পরিমাপ করার সমতুল্য, এক সেকেন্ডের পরে, একটি প্রোটনের ব্যাসার্ধের মধ্যে তাদের অবস্থানের পার্থক্য। মহাকাশ, বিখ্যাত, কঠিন, কিন্তু মহাকাশে পরমাণুর ইন্টারফেরোমেট্রি আরও কঠিন।

• 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/space-borne-atoms-herald-new-tests-of-einsteins-equivalence-principle/