خلاء میں پیدا ہونے والے ایٹم آئن سٹائن کے مساوی اصول کے نئے ٹیسٹوں کا اعلان کرتے ہیں – فزکس ورلڈ

آزادانہ طور پر گرنے والے جسموں کی حرکت ان کی ساخت سے آزاد ہے۔ یہ آئن سٹائن کے مساوات کے اصول (EEP) کی بنیادوں میں سے ایک ہے، جو کشش ثقل کے بارے میں ہماری جدید تفہیم کی بنیاد رکھتا ہے۔ یہ اصول، تاہم، مسلسل جانچ پڑتال کے تحت ہے. اس کی کوئی بھی خلاف ورزی ہمیں تاریک توانائی اور تاریک مادے کی تلاش میں اشارے دے گی، جبکہ بلیک ہولز اور دیگر نظاموں کے بارے میں ہماری سمجھ میں بھی رہنمائی کرے گی جہاں کشش ثقل اور کوانٹم میکانکس ملتے ہیں۔

امریکہ، فرانس اور جرمنی کے سائنسدانوں نے اب EEP کی جانچ کے لیے ایک نیا نظام بنایا ہے: دو الٹرا کولڈ کوانٹم گیسوں کا مرکب جو بین الاقوامی خلائی اسٹیشن (ISS) پر زمین کے گرد چکر لگاتی ہے۔ انہوں نے خلا میں پہلے دوہری نوع کے ایٹم انٹرفیرومیٹر کا بھی مظاہرہ کیا، جسے وہ EEP کی جانچ کی طرف ایک "اہم قدم" کے طور پر بیان کرتے ہیں۔ اس تجربے کے ساتھ وہ جس سوال کا جواب دینا چاہتے ہیں وہ آسان ہے: کیا مختلف ماس کے دو ایٹم ایک ہی شرح سے گرتے ہیں؟

آئی ایس ایس پر ٹھنڈے ایٹم

آئی ایس ایس کا گھر ہے۔ کولڈ ایٹم لیبارٹری (CAL)، جو خلا میں ایٹموں کے لیے ایک "کھیل کا میدان" ہے۔ 2018 میں لانچ کیا گیا، 2020 میں اس نے پہلی بار خلاء میں پیدا ہونے والے بوس-آئن اسٹائن کنڈینسیٹ (بی ای سی) کو بنایا – مادے کی ایک خاص حالت جو ایٹموں کو بالکل صفر سے اوپر درجہ حرارت پر ٹھنڈا کرنے کے بعد حاصل کی گئی۔ یہ پہلی کوانٹم گیس الٹرا کولڈ روبیڈیم ایٹموں پر مشتمل تھی، لیکن 2021 میں اپ گریڈ کے بعد، CAL پوٹاشیم ایٹموں کی کوانٹم گیسیں بنانے کے لیے ایک مائیکرو ویو ذریعہ کی میزبانی بھی کرتا ہے۔

تازہ ترین کام میں، جس میں بیان کیا گیا ہے فطرت، قدرت، CAL سائنسدانوں نے ISS پر دونوں پرجاتیوں کا کوانٹم مرکب تیار کیا۔ "اس کوانٹم مرکب کو خلا میں پیدا کرنا آئن سٹائن کے مساوی اصول کو جانچنے کے لیے اعلیٰ درستگی کی پیمائش کے لیے ایک اہم قدم ہے،" کہتے ہیں۔ گیبریل مولر، ہنور، جرمنی میں لیبنز یونیورسٹی میں پی ایچ ڈی کا طالب علم جو اس تجربے میں شامل ہے۔

اس مرکب کو حاصل کرنے کے لیے، ٹیم نے روبیڈیم ایٹموں کو مقناطیسی جال میں قید کر دیا اور سب سے زیادہ توانائی بخش "گرم" ایٹموں کو "ٹھنڈے" ایٹموں کو پیچھے چھوڑ کر، جال سے باہر نکلنے دیا۔ یہ بالآخر ایک کوانٹم گیس میں ایک مرحلے کی منتقلی کا باعث بنتا ہے جب ایٹم ایک خاص نازک درجہ حرارت سے نیچے گر جاتے ہیں۔

جبکہ یہ عمل پوٹاشیم ایٹموں کے لیے بھی کام کرتا ہے، بیک وقت ایک ہی جال میں دونوں انواع کو بخارات سے اڑا دینا سیدھا سیدھا نہیں ہے۔ جیسا کہ روبیڈیم اور پوٹاشیم ایٹموں کی اندرونی توانائی کا ڈھانچہ مختلف ہے، اس لیے ٹریپ میں ان کا ابتدائی درجہ حرارت مختلف ہوتا ہے، اور اسی طرح ٹریپ کے بہترین حالات اور اہم درجہ حرارت تک پہنچنے کے لیے بخارات کا وقت درکار ہوگا۔ نتیجے کے طور پر، سائنسدانوں کو ایک مختلف حل کی طرف رجوع کرنا پڑا. مولر بتاتے ہیں، "پوٹاشیم کوانٹم گیس بخارات کی ٹھنڈک کے ذریعے پیدا نہیں ہوتی ہے، بلکہ بخارات سے بنی الٹرا کولڈ روبیڈیم گیس کے ساتھ براہ راست تھرمل رابطے کے ذریعے 'ہمدردی سے' ٹھنڈا کیا جاتا ہے۔

انہوں نے مزید کہا کہ خلا میں اس کوانٹم گیس کو پیدا کرنے کی خوبیاں ہیں۔ "زمین پر، ایک کشش ثقل ہے، جس کا مطلب ہے کہ مختلف ماس کے دو ایٹم جال میں ایک ہی پوزیشن پر نہیں ہوں گے۔ خلا میں، دوسری طرف، کشش ثقل کا تعامل کمزور ہے، اور دونوں پرجاتیوں کو اوورلیپ کر دیا گیا ہے۔" مائکروگرویٹی میں کام کرنے کا یہ پہلو تجربات کرنے کے لیے ضروری ہے جس کا مقصد دو پرجاتیوں کے درمیان تعاملات کا مشاہدہ کرنا ہے جو دوسری صورت میں زمین پر کشش ثقل کے اثرات سے ہائی جیک ہو جائیں گے۔

کوانٹم اسٹیٹ انجینئرنگ کا اہم کردار

روبیڈیم اور پوٹاشیم کے ایٹموں کا کوانٹم مرکب تیار کرنا CAL ٹیم کو EEP کی جانچ کرنے کے ایک قدم کے قریب لاتا ہے، لیکن تجربے کے دیگر عناصر کو ابھی بھی قابو میں رکھنے کی ضرورت ہے۔ مثال کے طور پر، اگرچہ دونوں انواع جال میں اوورلیپ ہو جاتی ہیں، جب وہ اس سے آزاد ہوتی ہیں، تو ان کی ابتدائی پوزیشنیں قدرے مختلف ہوتی ہیں۔ مولر وضاحت کرتا ہے کہ یہ جزوی طور پر ہر ایٹم پرجاتیوں کی خصوصیات کی وجہ سے ہے جس کی وجہ سے مختلف حرکیات ہوتی ہیں، لیکن یہ اس وجہ سے بھی ہے کہ ٹریپ کا فوری طور پر نہ نکلنا، مطلب یہ ہے کہ ایک پرجاتی دوسرے کے مقابلے میں بقایا مقناطیسی قوت کا تجربہ کرتی ہے۔ اگر مناسب طریقے سے دیکھ بھال نہ کی جائے تو اس طرح کے منظم اثرات آسانی سے خود کو EEP کی خلاف ورزی کے طور پر پیش کر سکتے ہیں۔

اس وجہ سے، سائنس دانوں نے اپنی توجہ اپنے جال کی ترتیب کو نمایاں کرنے اور ناپسندیدہ شور کو کم کرنے کی طرف مرکوز کر دی ہے۔ مولر کا کہنا ہے کہ "یہ وہ کام ہے جو ہنور میں فعال طور پر کیا جا رہا ہے، تاکہ دونوں پرجاتیوں کی اچھی طرح سے انجنیئرڈ ان پٹ سٹیٹس بنائیں، جو کہ بہت اہم ہو گا کیونکہ آپ کو انٹرفیرومیٹر شروع کرنے سے پہلے اسی طرح کی ابتدائی حالات کی ضرورت ہے۔" ابتدائی پوزیشن کے مسئلے کا ایک حل، وہ کہتے ہیں، مقناطیسی جال کو بند کرنے سے پہلے دونوں انواع کو آہستہ آہستہ ایک ہی پوزیشن پر لے جانا ہے۔ اگرچہ یہ اعلی درستگی کے ساتھ کیا جا سکتا ہے، یہ ایٹموں کو گرم کرنے اور ان میں سے کچھ کو کھونے کی قیمت پر آتا ہے۔ اس لیے سائنس دان امید کرتے ہیں کہ نقل و حمل کے طریقہ کار کو بہتر بنانے کے لیے مشین لرننگ کا استعمال کریں اور اس طرح جوہری حرکیات پر یکساں کنٹرول حاصل کریں، لیکن بہت تیزی سے۔

خلا میں دوہری نوع کا ایٹم انٹرفیرومیٹر

ایک بار جب یہ مسائل حل ہو جاتے ہیں، اگلا مرحلہ دوہری پرجاتی ایٹم انٹرفیومیٹری کا استعمال کرتے ہوئے EEP ٹیسٹ کرنا ہوگا۔ اس میں دو الٹرا کولڈ ایٹم بادلوں کی ایک مربوط سپرپوزیشن بنانے کے لیے ہلکی دالوں کا استعمال کرنا، پھر انہیں دوبارہ ملانا اور ایک مخصوص آزاد ارتقاء کے وقت کے بعد مداخلت کرنے دینا شامل ہے۔ مداخلت کے پیٹرن میں مرکب کی سرعت کے بارے میں قیمتی معلومات ہوتی ہیں، جس سے سائنسدان یہ نکال سکتے ہیں کہ آیا دونوں پرجاتیوں نے ایک ہی کشش ثقل کی سرعت کا تجربہ کیا ہے۔

اس تکنیک میں ایک محدود عنصر یہ ہے کہ لیزر بیم اور جوہری نمونے کی پوزیشنیں کتنی اچھی طرح سے اوورلیپ ہوتی ہیں۔ "یہ سب سے مشکل حصہ ہے،" مولر نے زور دیا۔ ایک مسئلہ یہ ہے کہ آئی ایس ایس پر کمپن لیزر سسٹم کو کمپن کرنے کا سبب بنتی ہے، جو سسٹم میں فیز شور کو متعارف کراتی ہے۔ ایک اور مسئلہ یہ ہے کہ دونوں پرجاتیوں کی مختلف ماس اور ایٹم انرجی لیول کی ساخت انہیں کمپن شور کے لیے مختلف طریقے سے جواب دینے کی طرف لے جاتی ہے، جس سے دونوں ایٹم انٹرفیرو میٹرز کے درمیان گھٹاؤ پیدا ہوتا ہے۔

تازہ ترین کام میں، سائنسدانوں نے مرکب کی بیک وقت ایٹم انٹرفیومیٹری کا مظاہرہ کیا اور روبیڈیم اور پوٹاشیم ایٹموں کے مداخلت کے انداز کے درمیان ایک رشتہ دار مرحلے کی پیمائش کی۔ تاہم، وہ اچھی طرح جانتے ہیں کہ اس طرح کے مرحلے کا امکان ای پی پی کی خلاف ورزی کے بجائے شور کے ذرائع کی وجہ سے ہے جن سے وہ نمٹ رہے ہیں۔

مستقبل کے مشنز

ایٹم نمبر بڑھانے، لیزر ذرائع کو بہتر بنانے اور تجرباتی ترتیب میں نئے الگورتھم کو لاگو کرنے کے مقصد کے ساتھ ایک نیا سائنس ماڈیول ISS کے لیے لانچ کیا گیا۔ بنیادی طور پر، اگرچہ، CAL کے سائنس دان موجودہ آرٹ کی حالت سے ہٹ کر inertial precision پیمائش کا مظاہرہ کرنے کی کوشش کر رہے ہیں۔ "اس طرح کے ادراک مستقبل کے سیٹلائٹ مشنوں کی طرف اہم سنگ میل ہیں جو بے مثال سطحوں پر مفت گرنے کی آفاقیت کی جانچ کرتے ہیں،" ہینوور کا کہنا ہے۔ Naceur Gaaloul، حالیہ مقالے کے شریک مصنف۔

بین الاقوامی خلائی اسٹیشن پر بوس-آئن اسٹائن کنڈینسیٹ بنایا گیا ہے۔

Gaaloul کی ایک مثال STE-QUEST (Space-Time Explorer and Quantum Equivalence Principle Space Test) تجویز ہے، جو کہ 10 سے کم سرعت کے فرق کے لیے حساس ہوگی۔^17- M / ے². یہ درستگی ایک سیب اور ایک نارنجی کو گرانے کے مترادف ہے اور ایک سیکنڈ کے بعد، پروٹون کے رداس میں ان کی پوزیشن میں فرق کو ماپنے کے مترادف ہے۔ خلا، مشہور طور پر، سخت ہے، لیکن خلا میں ایٹم انٹرفیومیٹری اس سے بھی زیادہ مشکل ہے۔

• SEO سے چلنے والا مواد اور PR کی تقسیم۔ آج ہی بڑھا دیں۔
• پلیٹو ڈیٹا ڈاٹ نیٹ ورک ورٹیکل جنریٹو اے آئی۔ اپنے آپ کو بااختیار بنائیں۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹوآئ اسٹریم۔ ویب 3 انٹیلی جنس۔ علم میں اضافہ۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹو ای ایس جی۔ کاربن، کلین ٹیک، توانائی ، ماحولیات، شمسی، ویسٹ مینجمنٹ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹو ہیلتھ۔ بائیوٹیک اینڈ کلینیکل ٹرائلز انٹیلی جنس۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• ماخذ: https://physicsworld.com/a/space-borne-atoms-herald-new-tests-of-einsteins-equivalence-principle/