भारतीय वैज्ञानिकों ने क्वांटम परमाणु घनत्व मापने के लिए गैर-आक्रामक विधि विकसित की | प्रौद्योगिकी समाचार

वर्तमान समय के क्वांटम प्रयोग परमाणुओं के बादलों को नियोजित कर सकते हैं जिन्हें पूर्ण शून्य के करीब तापमान पर प्रशीतित किया जाता है। इस चरम वातावरण में, परमाणु इतनी धीमी गति से चलते हैं कि क्वांटम गुणों को एक हद तक प्रदर्शित कर पाते हैं जो तटस्थ-परमाणु क्वांटम कंप्यूटर या अति-संवेदनशील सेंसर से संबंधित प्रणालियों में उपयोग के लिए उपयुक्त होता है। हालाँकि, परमाणुओं का अवलोकन करना हमेशा एक समस्या रही है। माप का कार्य ही परमाणुओं को गर्म कर सकता है, उन्हें बिखेर सकता है, या उन्हें नाजुक क्वांटम अवस्थाओं से बाहर धकेल सकता है, जिनका शोधकर्ता अध्ययन करना चाहते हैं।

पारंपरिक इमेजिंग विधियाँ इस समस्या को उजागर करती हैं। जब परमाणु बादल घने हो जाते हैं तो अवशोषण इमेजिंग विफल हो सकती है, क्योंकि जांच करने वाला प्रकाश बादल से समान रूप से गुजरने के लिए संघर्ष करता है। यद्यपि प्रतिदीप्ति इमेजिंग कभी-कभी अधिक विश्वसनीय होती है, इसके लिए आमतौर पर लंबे समय तक एक्सपोज़र समय और मजबूत रोशनी की आवश्यकता होती है, जो परमाणुओं की क्वांटम स्थिति को बाधित या नष्ट भी कर सकती है। तेज़ गति से चलने वाली या कसकर सीमित प्रणालियों में, ये कमियाँ विशेष रूप से सीमित हो जाती हैं।

आरआरआई के शोधकर्ताओं ने अब दिखाया है कि ऐसा होना जरूरी नहीं है। उन्होंने रमन ड्रिवेन स्पिन नॉइज़ स्पेक्ट्रोस्कोपी या आरडीएसएनएस नामक एक तकनीक का प्रदर्शन किया है, जो सिस्टम को काफी हद तक अछूता रखते हुए ठंडे परमाणुओं से स्थानीय घनत्व की जानकारी निकाल सकती है। परमाणुओं को प्रकाश के प्रति दृढ़ता से प्रतिक्रिया करने के लिए बाध्य करने के बजाय, यह विधि यह सुनती है कि परमाणु पहले से क्या कर रहे हैं।

इसके मूल में, आरडीएसएनएस परमाणुओं के चक्करों में छोटे, प्राकृतिक उतार-चढ़ाव का पता लगाता है। जैसे ही एक कमजोर लेजर किरण परमाणु बादल से गुजरती है, ये उतार-चढ़ाव प्रकाश के ध्रुवीकरण को सूक्ष्मता से बदल देते हैं। उन परिवर्तनों का सावधानीपूर्वक विश्लेषण करके, वैज्ञानिक परमाणुओं को सीधे परेशान किए बिना उनके गुणों का अनुमान लगा सकते हैं। आरआरआई टीम ने पड़ोसी स्पिन राज्यों के बीच परमाणुओं को धीरे से चलाने के लिए दो अतिरिक्त लेजर बीम का उपयोग करके इस सिग्नल को बढ़ाया, जिससे पता लगाने योग्य सिग्नल लगभग दस लाख गुना बढ़ गया।

यह प्रवर्धन परमाणु बादल के एक असाधारण छोटे क्षेत्र पर ज़ूम करना संभव बनाता है। जांच बीम को केवल 38 माइक्रोमीटर की चौड़ाई पर केंद्रित करके, शोधकर्ताओं ने लगभग 0.01 क्यूबिक मिलीमीटर की मात्रा की जांच की जिसमें लगभग 10,000 परमाणु थे। पूरे बादल के लिए एक ही संख्या की रिपोर्ट करने के बजाय, तकनीक से पता चलता है कि उस सटीक स्थान पर परमाणु कितने सघन रूप से भरे हुए हैं।

जब टीम ने मैग्नेटो-ऑप्टिकल जाल में रखे पोटेशियम परमाणुओं पर आरडीएसएनएस लागू किया, तो एक दिलचस्प तस्वीर सामने आई। बादल के केंद्र में घनत्व लगभग एक सेकंड के भीतर अपने अधिकतम तक पहुंच गया। इसके विपरीत, प्रतिदीप्ति पर आधारित मापों से पता चला कि परमाणुओं की कुल संख्या लगभग दोगुने समय तक बढ़ती रही। खोज एक सूक्ष्म लेकिन महत्वपूर्ण बिंदु को दर्शाती है: वैश्विक माप स्थानीय गतिशीलता को याद कर सकते हैं जो बहुत तेजी से सामने आती हैं और महत्वपूर्ण जानकारी ले जाती हैं।

क्योंकि आरडीएसएनएस में प्रयुक्त जांच प्रकाश परमाणुओं की प्राकृतिक अनुनाद से दूर है और कम शक्ति पर रखा जाता है, विधि प्रभावी रूप से गैर-आक्रामक है। यह माइक्रोसेकंड टाइमस्केल पर भी विश्वसनीय परिणाम दे सकता है, जिससे यह क्वांटम सिस्टम के अंदर तेजी से बदलावों को ट्रैक करने के लिए उपयुक्त हो जाता है। इसकी सटीकता की जांच करने के लिए, टीम ने गणितीय पुनर्निर्माण तकनीकों का उपयोग करके प्रतिदीप्ति छवियों से प्राप्त घनत्व प्रोफाइल के साथ आरडीएसएनएस डेटा की तुलना की। करीबी समझौते ने पुष्टि की कि नया दृष्टिकोण सटीक और भरोसेमंद दोनों है, साथ ही उन स्थितियों में भी काम करता है जहां पारंपरिक धारणाएं, जैसे कि पूर्ण समरूपता, टूट जाती हैं।

शोध के निहितार्थ व्यापक हो सकते हैं। अधिकांश क्वांटम गैजेट, जैसे ग्रेविमीटर और मैग्नेटोमीटर, संचालित होते हैं क्योंकि यह परमाणुओं के घनत्व को जानता है। वास्तव में, यहां प्रस्तुत दृष्टिकोण क्वांटम पदार्थ के परिवहन गुणों का प्रयोगात्मक अध्ययन करने का एक तरीका प्रदान कर सकता है क्योंकि इसमें अब घनत्व में उतार-चढ़ाव की जांच करने की संवेदनशीलता है।

भारत के राष्ट्रीय क्वांटम मिशन के नेतृत्व में इस शोध के लिए समर्थन, एक सीधी लेकिन शक्तिशाली अवधारणा के महत्व को दर्शाता है: कभी-कभी, क्वांटम क्षेत्र को ठीक से समझने के लिए, सबसे अच्छा तरीका गहराई से नहीं बल्कि धीरे से देखना है।