Quasiparticles کلاسیکی ترتیب میں ظاہر ہوتے ہیں، حیران کن طبیعیات دان

محققین نے پہلی بار کمرے کے درجہ حرارت پر کلاسیکی نظام میں quasiparticles کا مشاہدہ کیا ہے، اس نظریے کو چیلنج کیا ہے کہ quasiparticles صرف کوانٹم مادے میں موجود ہو سکتے ہیں۔ بہتے ہوئے مائیکرو پارٹیکلز پر مشتمل ایک پتلی فلوڈک چینل میں کی گئی دریافت سے پتہ چلتا ہے کہ کوانٹم مادے کی طبیعیات کے بنیادی تصورات کلاسیکی ترتیبات پر لاگو ہوسکتے ہیں۔

بہت سے ٹھوس اور مائعات میں موجود ذرات خود کو ایک دوسرے کے بہت قریب پاتے ہیں اور اس لیے مضبوطی سے تعامل کرتے ہیں۔ یہ اس طرح کے "بہت سے جسم والے" نظاموں کو، جیسا کہ انہیں کہا جاتا ہے، کا مطالعہ اور سمجھنا مشکل ہو جاتا ہے۔ 1941 میں سوویت ماہر طبیعیات لیو لینڈاؤ نے اس پیچیدہ صورت حال کا حل پیش کیا: ذرات کو مضبوطی سے تعامل کرنے کے پیچیدہ خیال پر غور کرنے کے بجائے، نظام کے جوش و خروش کے بارے میں کیوں نہ سوچا جائے؟

"اگر یہ اتیجیتیں مقامی ہیں اور شاذ و نادر ہی ایک دوسرے سے ٹکرا جاتی ہیں، تو ہم ان کو کمزور طور پر تعامل کرنے والے 'مؤثر ذرات'، یا کواسی پارٹیکلز کے طور پر سمجھ سکتے ہیں،" وضاحت کرتا ہے۔ Tsvi Tlusty کوریا میں انسٹی ٹیوٹ فار بیسک سائنس (IBS) کے، جنہوں نے نئی تحقیق کی قیادت کی۔ "Landau کی تصوراتی پیش رفت کوانٹم مادے کی تحقیق میں بے حد مفید رہی ہے، جس نے بہت سے ابھرتے ہوئے مظاہر میں بصیرت فراہم کی ہے، جیسے کہ الیکٹران کی جوڑی میں سپر کنڈکٹیوٹی اور سپر فلوڈیٹی، اور حال ہی میں گرافین میں الیکٹران کا بہاؤ۔"

بہت زیادہ تصادم

اب تک، quasiparticles کو صرف کوانٹم مکینیکل اشیاء کے طور پر سمجھا جاتا ہے۔ کلاسیکی گاڑھا مادّہ میں، جوش و خروش کے تصادم کی شرح عام طور پر بہت زیادہ ہوتی ہے جس کی وجہ سے ذرہ کی طرح دیرپا جوش پیدا ہوتا ہے۔ "ہمارے نتائج ایک پیش رفت ہیں کیونکہ، اس تمثیل کے برعکس، ہم نے ایک کلاسیکی ہائیڈرو ڈائنامک نظام میں 'ڈیرک کواسی پارٹیکلز' کا مشاہدہ کیا،" ٹلسٹی بتاتے ہیں۔ طبیعیات کی دنیا.

نئے کام میں، ساتھی کے ساتھ مل کر Tlusty Hyuk Kyu Pak اور طالب علم عمران سعید نے ایک بہت ہی پتلے مائیکرو فلائیڈک چینل میں پانی کے بہاؤ سے چلنے والے مائیکرو پارٹیکلز کے جوڑ کا مطالعہ کیا۔ محققین نے پایا کہ ذرات کی حرکت ان کے اردگرد پانی کے بہاؤ کی رفتار کو خراب کرتی ہے۔ اس طرح ذرات ایک دوسرے پر ہائیڈروڈینامک قوتیں پیدا کرتے ہیں۔

"اینٹی نیوٹنین" ذرات

"خاص طور پر، دو ذرات کے درمیان قوتیں 'اینٹی نیوٹنین' ہیں - یعنی وہ نیوٹن کے قانون کے برعکس شدت اور سمت میں برابر ہیں، جو کہتا ہے کہ باہمی قوتوں کو ایک دوسرے کی مخالفت کرنی چاہیے،" ٹلسٹی بتاتے ہیں۔ "اس ہم آہنگی کا فوری نتیجہ مستحکم جوڑوں کا ابھرنا ہے جو ایک ہی رفتار سے ایک ساتھ بہتے ہیں۔"

نتیجہ یہ ظاہر کرتا ہے کہ جوڑے کلاسیکی quasiparticles ہیں، یا ہائیڈروڈینامک نظام میں دیرپا اتیجیت ہیں۔ محققین نے ہزاروں ذرات کی متواتر صفوں پر مشتمل ہائیڈرو ڈائنامک دو جہتی کرسٹل میں کمپن (یا فوننز) کا تجزیہ کرکے اپنے مفروضے کی تصدیق کی۔ انہوں نے پایا کہ فونونز "Dirac cones" کی نمائش کرتے ہیں، جیسا کہ گرافین میں مشاہدہ کیا جاتا ہے (کاربن کی صرف ایک ایٹم کی موٹی شیٹ) جس میں ذرات کے جوڑے ابھرتے ہیں۔

ڈیرک کونز ایک 2D مواد کے الیکٹرانک بینڈ ڈھانچے میں کوانٹم خصوصیات ہیں جہاں فرمی سطح پر ترسیل اور والینس بینڈ ایک ہی نقطہ میں ملتے ہیں۔ بینڈ اس نقطہ تک ایک لکیری انداز میں پہنچتے ہیں، جس کا مطلب ہے کہ ترسیل الیکٹرانوں (اور سوراخوں) کی موثر حرکی توانائیاں ان کے لمحات کے براہ راست متناسب ہیں۔ یہ غیر معمولی تعلق عام طور پر صرف فوٹون کے لیے دیکھا جاتا ہے، جو ماس کے بغیر ہوتے ہیں، کیونکہ الیکٹران اور مادے کے دیگر ذرات کی توانائیاں غیر متعلقہ رفتار پر عام طور پر ان کے لمحات کے مربع پر منحصر ہوتی ہیں۔ نتیجہ یہ نکلتا ہے کہ ڈیرک کونز میں الیکٹران اس طرح برتاؤ کرتے ہیں جیسے کہ وہ رشتہ دار ذرات ہیں جس میں کوئی باقی نہیں ہے، انتہائی تیز رفتاری سے مواد کے ذریعے سفر کرتے ہیں۔

مضبوطی سے منسلک فلیٹ بینڈ

آئی بی ایس ٹیم نے "فلیٹ بینڈز" کا بھی مشاہدہ کیا - ایک اور کوانٹم رجحان جس میں الیکٹران انرجی سپیکٹرم میں انتہائی سست فونون ہوتے ہیں جو انتہائی مضبوطی سے منسلک ہوتے ہیں۔ فلیٹ بینڈ حال ہی میں ایک خاص زاویہ پر ایک دوسرے کے حوالے سے مڑے ہوئے گرافین کے بائلیئرز میں دریافت ہوئے تھے۔ یہ بینڈ الیکٹران کی حالتیں ہیں جن میں الیکٹران کی توانائی اور رفتار کے درمیان کوئی تعلق نہیں ہے اور یہ ماہر طبیعیات کے لیے خاص طور پر دلچسپ ہیں کیونکہ الیکٹران ان میں "منتشر" ہو جاتے ہیں - یعنی ان کی حرکی توانائی کو دبا دیا جاتا ہے۔ جیسے جیسے الیکٹران تقریباً رک جاتے ہیں، ان کا موثر ماس لامحدودیت کے قریب پہنچ جاتا ہے، جس کے نتیجے میں غیر ملکی ٹاپولوجیکل مظاہر کے ساتھ ساتھ اعلی درجہ حرارت کی سپر کنڈکٹیویٹی، مقناطیسیت اور ٹھوس کی دیگر کوانٹم خصوصیات سے وابستہ مادّے کی مضبوطی سے منسلک حالتیں ہوتی ہیں۔

"ہمارے نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ ابھرتے ہوئے اجتماعی مظاہر - جیسے کواس پارٹیکلز اور مضبوطی سے منسلک فلیٹ بینڈ - جو اب تک کوانٹم سسٹم تک محدود سمجھا جاتا تھا، کلاسیکی ترتیبات جیسے کیمیائی نظام اور یہاں تک کہ زندہ مادے میں بھی دیکھا جا سکتا ہے،" ٹلسٹی کہتے ہیں۔ "شاید یہ مظاہر بہت زیادہ عام ہیں جو ہم نے پہلے محسوس کیے تھے۔"

نصف روشنی، نصف مادہ کواسی پارٹیکل وین ڈیر والس مقناطیس میں ظاہر ہوتا ہے

انہوں نے مزید کہا کہ اس طرح کے مظاہر کلاسیکی نظاموں میں بھی مختلف پیچیدہ عمل کی وضاحت کرنے میں مدد کر سکتے ہیں۔ "اس کام میں، تفصیل میں فطرت طبیعیات، ہم ہائیڈرو ڈائنامک کرسٹل میں غیر متوازن پگھلنے کی منتقلی کی وضاحت کرتے ہیں جس کا ہم نے مطالعہ کیا تھا کہ 'کواسی پارٹیکل برفانی تودے' کے نتیجے میں۔ یہ اس وقت ہوتا ہے جب quasiparticles کے جوڑے پھیلتے ہیں حالانکہ کرسٹل ایک سلسلہ کے رد عمل کے ذریعے دوسرے جوڑوں کی تخلیق کو تحریک دیتا ہے۔

"کواسی پارٹیکلز جوڑے فونونز کی رفتار سے زیادہ تیزی سے سفر کرتے ہیں اور اس طرح ہر جوڑا نئے بننے والے جوڑوں کے برفانی تودے کے پیچھے چھوڑ جاتا ہے - نہ کہ ایک سپرسونک جیٹ ہوائی جہاز کے پیچھے پیدا ہونے والے مچ شنک کی طرح۔ آخر میں، وہ تمام جوڑے ایک دوسرے سے ٹکرا جاتے ہیں، جو آخر کار کرسٹل پگھلنے کا باعث بنتے ہیں۔"

محققین کا کہنا ہے کہ دوسرے کلاسیکی نظاموں میں کوانٹم جیسے مظاہر کی اور بھی بہت سی مثالیں ہونی چاہئیں۔ "میں محسوس کرتا ہوں کہ ہماری تلاشیں برفانی تودے کا صرف ایک سرہ ہیں،" ٹلسٹی کہتے ہیں۔ "اس طرح کے مظاہر کو ظاہر کرنا ابھرتے ہوئے طریقوں اور مرحلے کی منتقلی کی سمجھ کو آگے بڑھانے میں بہت مفید ہو سکتا ہے۔"

• SEO سے چلنے والا مواد اور PR کی تقسیم۔ آج ہی بڑھا دیں۔
• پلیٹو بلاک چین۔ Web3 Metaverse Intelligence. علم میں اضافہ۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• ماخذ: https://physicsworld.com/a/quasiparticles-appear-in-a-classical-setting-surprising-physicists/