(প্রায়ই) উপেক্ষা করা পরীক্ষা যা কোয়ান্টাম বিশ্বকে প্রকাশ করে | কোয়ান্টা ম্যাগাজিন

এরউইন শ্রোডিঞ্জারের বিড়াল একই সাথে মৃত এবং জীবিত হওয়ার আগে, এবং বিন্দুর মতো ইলেকট্রনগুলি পাতলা স্লিটের মাধ্যমে তরঙ্গের মতো ধুয়ে ফেলার আগে, একটি কিছুটা কম পরিচিত পরীক্ষা কোয়ান্টাম জগতের বিস্ময়কর সৌন্দর্যের উপর পর্দা তুলে দিয়েছিল। 1922 সালে, জার্মান পদার্থবিদ অটো স্টার্ন এবং ওয়ালথার গারলাচ দেখিয়েছিলেন যে পরমাণুর আচরণ এমন নিয়ম দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয় যা প্রত্যাশাকে অস্বীকার করে - একটি পর্যবেক্ষণ যা কোয়ান্টাম মেকানিক্সের স্থির উদীয়মান তত্ত্বকে সিমেন্ট করে।

"Stern-Gerlach পরীক্ষাটি একটি আইকন - এটি একটি যুগান্তকারী পরীক্ষা," বলেন ব্রেটিস্লাভ ফ্রেডরিখ, জার্মানির ফ্রিটজ হ্যাবার ইনস্টিটিউটের একজন পদার্থবিদ এবং ইতিহাসবিদ যিনি সম্প্রতি প্রকাশ করেছেন একটি পর্যালোচনা এবং সম্পাদিত একটি বই বিষয়. "এটি প্রকৃতপক্ষে সর্বকালের পদার্থবিজ্ঞানের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ পরীক্ষাগুলির মধ্যে একটি ছিল।"

পরীক্ষা এর ব্যাখ্যা এছাড়াও চালু কয়েক দশকের তর্ক। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, ইস্রায়েলে অবস্থিত পদার্থবিজ্ঞানীরা অবশেষে প্রয়োজনীয় সংবেদনশীলতার সাথে একটি পরীক্ষা তৈরি করতে সক্ষম হয়েছেন যাতে আমরা কাজের মৌলিক কোয়ান্টাম প্রক্রিয়াগুলিকে ঠিক কীভাবে বুঝতে পারি। এই কৃতিত্বের সাথে, তারা কোয়ান্টাম বিশ্বের সীমানা অন্বেষণ করার জন্য একটি নতুন কৌশল তৈরি করেছে। দলটি এখন মাধ্যাকর্ষণ প্রকৃতি অনুসন্ধানের জন্য স্টার্ন এবং গারলাচের শতাব্দী-পুরাতন সেটআপ সংশোধন করার চেষ্টা করবে - এবং সম্ভবত আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের দুটি স্তম্ভের মধ্যে একটি সেতু তৈরি করবে।

সিলভার বাষ্পীকরণ

1921 সালে, পদার্থবিজ্ঞানের প্রচলিত আইনগুলি ক্ষুদ্রতম স্কেলে ভিন্ন হওয়ার ধারণাটি এখনও বেশ বিতর্কিত ছিল। নিলস বোর দ্বারা প্রস্তাবিত পরমাণুর নতুন রাজত্ব তত্ত্ব, যুক্তির মূলে বাস করত। তার তত্ত্বটি নির্দিষ্ট কক্ষপথে ইলেকট্রন দ্বারা বেষ্টিত একটি নিউক্লিয়াসকে বৈশিষ্ট্যযুক্ত করেছিল - কণা যা শুধুমাত্র নিউক্লিয়াস থেকে নির্দিষ্ট দূরত্বে, নির্দিষ্ট শক্তির সাথে এবং একটি চৌম্বক ক্ষেত্রের মধ্যে নির্দিষ্ট কোণে ঘুরতে পারে। বোহরের প্রস্তাবের সীমাবদ্ধতাগুলি এতই কঠোর এবং আপাতদৃষ্টিতে স্বেচ্ছাচারী ছিল যে মডেলটি সঠিক প্রমাণিত হলে স্টার্ন পদার্থবিদ্যা ছেড়ে দেওয়ার প্রতিশ্রুতি দিয়েছিলেন।

স্টার্ন একটি পরীক্ষার ধারণা করেছিলেন যা বোহরের তত্ত্বকে বাতিল করতে পারে। তিনি পরীক্ষা করতে চেয়েছিলেন যে চৌম্বক ক্ষেত্রের ইলেকট্রনগুলি যে কোনও উপায়ে, বা বোহরের প্রস্তাবিত বিচ্ছিন্ন দিকনির্দেশে ভিত্তিক হতে পারে কিনা।

স্টার্ন রূপোর একটি নমুনাকে বাষ্পীভূত করার এবং এটিকে পরমাণুর রশ্মিতে ঘনীভূত করার পরিকল্পনা করেছিলেন। তারপরে তিনি একটি ননইনিফর্ম ম্যাগনেটিক ফিল্ডের মাধ্যমে সেই মরীচিটি শুট করবেন এবং একটি কাচের প্লেটে পরমাণুগুলি সংগ্রহ করবেন। যেহেতু পৃথক রৌপ্য পরমাণুগুলি ছোট চুম্বকের মতো, তাই চৌম্বক ক্ষেত্র তাদের অবস্থানের উপর নির্ভর করে বিভিন্ন কোণে তাদের বিচ্যুত করবে। শাস্ত্রীয় তত্ত্বের ভবিষ্যদ্বাণী অনুসারে যদি তাদের বহিঃস্থ ইলেক্ট্রনগুলি উইলি-নিলি ভিত্তিক হতে পারে, তবে বিচ্যুত পরমাণুগুলি আবিষ্কারক প্লেটের সাথে একটি একক বিস্তৃত স্মিয়ার গঠন করবে বলে আশা করা হবে।

কিন্তু যদি বোহর সঠিক হয়, এবং পরমাণুর মতো ক্ষুদ্র সিস্টেমগুলি অদ্ভুত কোয়ান্টাম নিয়ম মেনে চলে, তবে রূপালী পরমাণুগুলি ক্ষেত্রের মধ্য দিয়ে কেবল দুটি পথ নিতে পারে এবং প্লেটটি দুটি পৃথক লাইন দেখাবে।

স্টার্নের ধারণা তত্ত্বে যথেষ্ট সহজ ছিল। কিন্তু বাস্তবে, পরীক্ষাটি তৈরি করা - যা তিনি গারলাচের কাছে রেখেছিলেন - যা গারলাচের স্নাতক ছাত্র উইলহেলম শুটজ পরে "সিসিফাসের মতো শ্রম" হিসাবে বর্ণনা করেছিলেন। রূপালীকে বাষ্পীভূত করার জন্য, বিজ্ঞানীদের কাচের ভ্যাকুয়াম চেম্বারের কোন সীল না গলিয়ে 1,000 ডিগ্রি সেলসিয়াসের বেশি তাপ করতে হবে, যার পাম্পগুলিও নিয়মিতভাবে ভেঙে যায়। জার্মানির যুদ্ধোত্তর মুদ্রাস্ফীতি বেড়ে যাওয়ায় পরীক্ষার তহবিল শুকিয়ে গেছে। আলবার্ট আইনস্টাইন এবং ব্যাংকার হেনরি গোল্ডম্যান অবশেষে তাদের অনুদান দিয়ে দলটিকে জামিন দিয়েছিলেন।

একবার পরীক্ষা চলছিল, কোনো সুস্পষ্ট ফলাফল তৈরি করা এখনও একটি চ্যালেঞ্জ ছিল। সংগ্রাহক প্লেটটি পেরেকের মাথার আকারের একটি ভগ্নাংশ ছিল, তাই রূপালী জমার নিদর্শনগুলি পড়ার জন্য একটি মাইক্রোস্কোপ প্রয়োজন। সম্ভবত apocryphally, বিজ্ঞানীরা অসাবধানতাবশত নিজেদেরকে প্রশ্নবিদ্ধ পরীক্ষাগার শিষ্টাচারের সাথে সাহায্য করেছিলেন: রৌপ্য আমানতটি অদৃশ্য হয়ে যেত যদি এটি তাদের সিগার থেকে ধোঁয়া বের না হত, যা - তাদের কম বেতনের কারণে - সস্তা এবং সালফার সমৃদ্ধ ছিল। রূপালীকে দৃশ্যমান জেট-ব্ল্যাক সিলভার সালফাইডে বিকশিত করতে সাহায্য করেছে। (2003 সালে, ফ্রেডরিখ এবং একজন সহকর্মী এই পর্বটি পুনরায় উপস্থাপন করা হয়েছে এবং নিশ্চিত করেছেন যে সিলভার সিগন্যালটি কেবল সস্তা সিগারের ধোঁয়ার উপস্থিতিতে উপস্থিত হয়েছিল।)

দ্য স্পিন অফ সিলভার

বহু মাস সমস্যা সমাধানের পর, গেরলাচ 7 ফেব্রুয়ারী, 1922-এর পুরো রাত কাটিয়েছিলেন, ডিটেক্টরে সিলভার গুলি করে। পরের দিন সকালে, তিনি এবং সহকর্মীরা প্লেটটি তৈরি করেন এবং আঘাত স্বর্ণ: একটি রৌপ্য আমানত সুন্দরভাবে দুই ভাগে বিভক্ত, কোয়ান্টাম রাজ্য থেকে একটি চুম্বনের মতো। গারলাচ একটি মাইক্রোফটোগ্রাফে ফলাফলটি নথিভুক্ত করেছেন এবং এটি একটি পোস্টকার্ড হিসাবে বোহরের কাছে প্রেরণ করেছেন, বার্তা সহ: "আমরা আপনার তত্ত্বের নিশ্চিতকরণের জন্য আপনাকে অভিনন্দন জানাই।"

আবিষ্কারটি পদার্থবিজ্ঞান সম্প্রদায়কে নাড়া দিয়েছে। আলবার্ট আইনস্টাইন নামক এটি "এই মুহুর্তে সবচেয়ে আকর্ষণীয় অর্জন" এবং দলটিকে নোবেল পুরস্কারের জন্য মনোনীত করেছে। ইসিডোর রাবি পরীক্ষাটি "আমাকে একবার এবং সব কিছুর জন্য বিশ্বাস করেছিল যে ... কোয়ান্টাম ঘটনাগুলির জন্য একটি সম্পূর্ণ নতুন অভিযোজন প্রয়োজন।" কোয়ান্টাম তত্ত্বের বিরুদ্ধে স্টার্নের স্বপ্ন স্পষ্টতই ব্যর্থ হয়েছিল, যদিও তিনি পদার্থবিদ্যা ছেড়ে দেওয়ার প্রতিশ্রুতি রাখেননি; পরিবর্তে, তিনি ওঁন পরবর্তী আবিষ্কারের জন্য 1943 সালে নোবেল পুরস্কার। "কোয়ান্টাম মেকানিক্সের সৌন্দর্য নিয়ে আমার এখনও আপত্তি আছে," স্টার্ন বলেছেন, "কিন্তু তিনি সঠিক।"

আজ, পদার্থবিদরা স্বীকার করেছেন যে স্টার্ন এবং গারলাচ তাদের পরীক্ষাকে এখনও-ন্যাসেন্ট কোয়ান্টাম তত্ত্বের সমর্থন হিসাবে ব্যাখ্যা করার ক্ষেত্রে সঠিক ছিলেন। কিন্তু ভুল কারণে তারা সঠিক ছিল। বিজ্ঞানীরা ধরে নিয়েছিলেন যে একটি রূপালী পরমাণুর বিভক্ত গতিপথ তার বাইরেরতম ইলেকট্রনের কক্ষপথ দ্বারা সংজ্ঞায়িত করা হয়, যা নির্দিষ্ট কোণে স্থির থাকে। বাস্তবে, বিভাজনটি ইলেক্ট্রনের অভ্যন্তরীণ কৌণিক ভরবেগের পরিমাপকরণের কারণে হয় - একটি পরিমাণ যা স্পিন নামে পরিচিত, যা আরও কয়েক বছর ধরে আবিষ্কৃত হবে না। নির্বিঘ্নে, ব্যাখ্যাটি কার্যকর হয়েছিল কারণ গবেষকরা যাকে ফ্রিডরিচ বলে একটি "অদ্ভুত কাকতালীয় ঘটনা, প্রকৃতির এই ষড়যন্ত্র" দ্বারা সংরক্ষিত হয়েছিল: ইলেক্ট্রনের দুটি এখনও-অজানা বৈশিষ্ট্য - এর স্পিন এবং এর অস্বাভাবিক চৌম্বকীয় মুহূর্ত - বাতিল হয়ে গেছে।

ক্র্যাকিং ডিম

Stern-Gerlach পরীক্ষার পাঠ্যপুস্তকের ব্যাখ্যায় বলা হয়েছে যে রূপালী পরমাণু ভ্রমণ করার সাথে সাথে ইলেক্ট্রন স্পিন-আপ বা স্পিন-ডাউন হয় না। এটি একটি কোয়ান্টাম মিশ্রণ বা ঐ রাষ্ট্রগুলির "সুপারপজিশন" এর মধ্যে রয়েছে। পরমাণু একই সাথে উভয় পথ নেয়। শুধুমাত্র ডিটেক্টরে আঘাত করলেই এর অবস্থা পরিমাপ করা হয়, এর পথ ঠিক করা হয়।

কিন্তু 1930 এর দশক থেকে শুরু করে, অনেক বিশিষ্ট তাত্ত্বিক এমন একটি ব্যাখ্যা বেছে নিয়েছিলেন যার জন্য কম কোয়ান্টাম জাদুর প্রয়োজন ছিল। যুক্তি ছিল যে চৌম্বক ক্ষেত্র কার্যকরভাবে প্রতিটি ইলেক্ট্রন পরিমাপ করে এবং এর স্পিনকে সংজ্ঞায়িত করে। এই সমালোচকরা যুক্তি দিয়েছিলেন যে প্রতিটি পরমাণু একবারে উভয় পথ নেয় এই ধারণাটি অযৌক্তিক এবং অপ্রয়োজনীয়।

তত্ত্বগতভাবে, এই দুটি অনুমান পরীক্ষা করা যেতে পারে। যদি প্রতিটি পরমাণু সত্যিই দুটি ব্যক্তিত্বের সাথে চৌম্বক ক্ষেত্র অতিক্রম করে, তবে তাত্ত্বিকভাবে - সেই ভৌতিক পরিচয়গুলিকে পুনরায় একত্রিত করা সম্ভব হওয়া উচিত। এটি করার ফলে একটি ডিটেক্টরের উপর একটি নির্দিষ্ট হস্তক্ষেপের প্যাটার্ন তৈরি হবে যখন তারা পুনরায় সংগঠিত হবে - একটি ইঙ্গিত যে পরমাণু প্রকৃতপক্ষে উভয় রুট নেভিগেট করেছে।

বড় চ্যালেঞ্জ হল, সুপারপজিশন রক্ষা করতে এবং চূড়ান্ত হস্তক্ষেপের সংকেত তৈরি করতে, ব্যক্তিদের এত মসৃণ এবং দ্রুত বিভক্ত করতে হবে যে দুটি পৃথক সত্ত্বার সম্পূর্ণ আলাদা ইতিহাস রয়েছে, অন্যের কোন জ্ঞান নেই এবং তারা কোন পথ নিয়েছে তা বলার উপায় নেই। . 1980-এর দশকে, একাধিক তাত্ত্বিক নির্ধারণ করেছিলেন যে ইলেক্ট্রনের পরিচয়গুলিকে বিভক্ত করা এবং এই ধরনের পরিপূর্ণতার সাথে পুনরায় সংমিশ্রণ করা যতটা অসম্ভাব্য হবে হাম্পটি ডাম্পটি পুনর্গঠন প্রাচীর থেকে তার মহান পতনের পরে.

2019 সালে, পদার্থবিদদের একটি দল নেতৃত্বে রন ফোলম্যান নেগেভের বেন-গুরিওন বিশ্ববিদ্যালয়ে যারা ডিমের খোসা আঠালো একসঙ্গে ফিরা. গবেষকরা Stern-Gerlach পরীক্ষাটি পুনরুত্পাদন করে শুরু করেছিলেন, যদিও রৌপ্য দিয়ে নয়, কিন্তু 10,000 রুবিডিয়াম পরমাণুর একটি সুপার কুলড কোয়ান্টাম সমষ্টির সাথে, যা তারা একটি আঙ্গুলের নখের আকারের চিপে আটকে রেখেছিল। তারা রুবিডিয়াম ইলেকট্রনের ঘূর্ণনগুলিকে উপরে এবং নীচের একটি সুপারপজিশনে রাখে, তারপরে প্রতিটি পরমাণুকে সুনির্দিষ্টভাবে আলাদা করতে এবং পুনরায় একত্রিত করতে বিভিন্ন চৌম্বকীয় স্পন্দন প্রয়োগ করে, সমস্ত এক সেকেন্ডের কয়েক মিলিয়নে। এবং তারা প্রথমে সঠিক হস্তক্ষেপ প্যাটার্ন দেখেছিল পূর্বাভাস 1927 সালে, এইভাবে Stern-Gerlach লুপ সম্পূর্ণ করে।

"তারা হাম্পটি ডাম্পটিকে আবার একসাথে রাখতে সক্ষম হয়েছিল," ফ্রেডরিচ বলেছিলেন। "এটি সুন্দর বিজ্ঞান, এবং এটি একটি বিশাল চ্যালেঞ্জ, কিন্তু তারা এটি পূরণ করতে সক্ষম হয়েছে।"

ক্রমবর্ধমান হীরা

স্টার্ন এবং গারলাচের পরীক্ষার "পরিমাণতা" যাচাই করতে সাহায্য করার পাশাপাশি, ফোলম্যানের কাজ কোয়ান্টাম শাসনের সীমা তদন্তের একটি নতুন উপায় সরবরাহ করে। আজ, বিজ্ঞানীরা এখনও নিশ্চিত নন কত বড় বস্তু হতে পারে এখনও কোয়ান্টাম আদেশ মেনে চলার সময়, বিশেষ করে যখন তারা মাধ্যাকর্ষণ হস্তক্ষেপের জন্য যথেষ্ট বড় হয়। 1960 এর দশকে, পদার্থবিদ ড প্রস্তাবিত যে একটি ফুল-লুপ স্টার্ন-গার্লাচ পরীক্ষা একটি অতি-সংবেদনশীল ইন্টারফেরোমিটার তৈরি করবে যা সেই কোয়ান্টাম-ক্লাসিক্যাল সীমানা পরীক্ষা করতে সাহায্য করতে পারে। এবং 2017 সালে, পদার্থবিদরা সেই ধারণাটিকে প্রসারিত করেছিলেন এবং দুটি প্রতিবেশী স্টার্ন-গারলাচ ডিভাইসের মাধ্যমে ছোট হীরাগুলিকে গুলি করার পরামর্শ দিয়েছিলেন যে তারা মহাকর্ষীয়ভাবে ইন্টারঅ্যাক্ট করেছে কিনা।

ফোলম্যানের গ্রুপ এখন সেই চ্যালেঞ্জের দিকে কাজ করছে। 2021 সালে, তারা রূপরেখা কয়েক মিলিয়ন পরমাণু সমন্বিত হীরা যেমন ম্যাক্রোস্কোপিক বস্তুর সাথে ব্যবহারের জন্য তাদের একক পরমাণু-চিপ ইন্টারফেরোমিটারকে বিফ করার একটি উপায়। তারপর থেকে, তারা একটি দেখানো হয়েছে ক্রম of কাগজপত্র কিভাবে বৃহত্তর এবং বৃহত্তর ভরকে বিভক্ত করা আবার সিসিফিয়ান হবে, কিন্তু অসম্ভব নয়, এবং কোয়ান্টাম মাধ্যাকর্ষণ রহস্যের একটি কয়েকটি সমাধান করতে সাহায্য করতে পারে।

"স্টার্ন-গার্লাচ পরীক্ষাটি তার ঐতিহাসিক ভূমিকা সম্পূর্ণ করা থেকে অনেক দূরে," ফোলম্যান বলেছিলেন। "এখনও অনেক কিছু আছে যা এটি আমাদের দিতে চলেছে।"

কোয়ান্টা আমাদের শ্রোতাদের আরও ভালভাবে পরিবেশন করার জন্য সমীক্ষার একটি সিরিজ পরিচালনা করছে। আমাদের নিন পদার্থবিজ্ঞান পাঠক জরিপ এবং আপনি বিনামূল্যে জিততে প্রবেশ করা হবে কোয়ান্টা পণ্যদ্রব্য.