उपपरमाण्विक स्तर पर, भूतों जैसे प्रतीत होने वाले अगम्य बाधाओं से कण उड़ सकते हैं।
दशकों से, भौतिकविदों ने सोचा है कि यह तथाकथित क्वांटम सुरंग बनाने में कितना समय लगता है। अब, तीन साल की जांच के बाद, सैद्धांतिक भौतिकविदों की एक अंतरराष्ट्रीय टीम के पास एक जवाब है। एक नए अध्ययन के अनुसार, उन्होंने हाइड्रोजन परमाणु से एक टनलिंग इलेक्ट्रॉन को मापा और पाया कि इसका मार्ग व्यावहारिक रूप से तात्कालिक था।
कण ठोस वस्तुओं से गुजर सकते हैं, क्योंकि वे बहुत छोटे हैं (हालांकि वे हैं), लेकिन क्योंकि भौतिकी के नियम क्वांटम स्तर पर भिन्न हैं।
माउंट एवरेस्ट जितना लंबा ढलान की ओर एक घाटी को लुढ़कते हुए एक गेंद की कल्पना करो; एक जेटपैक से एक बढ़ावा के बिना, गेंद को पहाड़ी को साफ करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा कभी नहीं होगी। लेकिन एक उप-परमाणु कण को दूसरी तरफ जाने के लिए पहाड़ी पर जाने की जरूरत नहीं है।
कण भी तरंगें हैं, जो अंतरिक्ष में असीम रूप से फैलती हैं। तथाकथित तरंग समीकरण के अनुसार, इसका मतलब है कि लहर पर किसी भी स्थिति में एक कण पाया जा सकता है।
अब एक हड़ताली लहर की तस्वीर लें; यह ऊर्जा के माध्यम से जारी रहता है, लेकिन ऊर्जा खो देता है, और इसका आयाम (शिखर की ऊंचाई) नीचे गिर जाता है। लेकिन अगर बाधा काफी पतली है, तो लहर का आयाम शून्य से नीचे नहीं गिरता है। जब तक चपटी लहर में कुछ ऊर्जा बची रहती है, तब तक कुछ न कुछ मौका मिलता रहता है - भले ही एक कण - पहाड़ी के माध्यम से और दूसरी तरफ से एक कण उड़ सकता है।
क्वांटम स्तर पर इस मायावी गतिविधि पर कब्जा करने वाले प्रयोगों का आयोजन कम से कम कहने के लिए "बहुत चुनौतीपूर्ण" था, सह-लेखक रॉबर्ट सांग, एक प्रायोगिक क्वांटम भौतिक विज्ञानी और ऑस्ट्रेलिया में ग्रिफिथ विश्वविद्यालय में एक प्रोफेसर ने एक अध्ययन में लाइव साइंस को बताया।
"आपको बहुत जटिल लेजर सिस्टम, एक प्रतिक्रिया माइक्रोस्कोप और एक ही समय में सभी काम करने के लिए एक हाइड्रोजन परमाणु बीम प्रणाली को संयोजित करने की आवश्यकता है," सांग ने कहा।
उनके सेटअप ने तीन महत्वपूर्ण संदर्भ बिंदुओं को स्थापित किया: परमाणु के साथ उनकी बातचीत की शुरुआत; उस समय जब एक मुक्त इलेक्ट्रॉन एक बाधा के पीछे से उभरने की उम्मीद कर रहा था; और जब यह वास्तव में दिखाई दिया, तो सांग ने एक वीडियो में कहा।
प्रकाश के साथ समय रखते हुए
शोधकर्ताओं ने एक ऑप्टिकल टाइमकीपिंग डिवाइस का इस्तेमाल किया, जिसे एक अटॉकलॉक कहा गया - अल्ट्रॉशॉर्ट, ध्रुवीकृत प्रकाश दालों, जो कि एटोसेकंड के लिए इलेक्ट्रॉनों के आंदोलनों को मापने में सक्षम हैं, या एक सेकंड के एक अरबवें हिस्से में। शोधकर्ताओं ने बताया कि उनके एटोकॉक ने प्रति सेकंड 1000 दालों की दर से प्रकाश में हाइड्रोजन परमाणुओं को स्नान किया, जिससे परमाणुओं को आयनित किया गया, ताकि उनके इलेक्ट्रॉन बाधा के माध्यम से बच सकें।
एक अवरोध के दूसरी तरफ एक प्रतिक्रिया माइक्रोस्कोप ने इलेक्ट्रॉन के गति को मापा जब यह उभरा। सांग ने लाइव साइंस को बताया, "रिएक्शन माइक्रोस्कोप एक आवेशित कण में ऊर्जा के स्तर का पता लगाता है, क्योंकि यह एटॉकलॉक से प्रकाश नाड़ी के साथ संपर्क करता है," और इससे हम उस बाधा को पार करने में लगने वाले समय का अनुमान लगा सकते हैं।
"सटीक है कि हम इसे मापने के लिए 1.8 attoseconds था," सांग ने कहा। उन्होंने कहा, "हम यह निष्कर्ष निकालने में सक्षम थे कि टनलिंग 1.8 एटोसोसेकंड से कम होनी चाहिए।"
यद्यपि मापने की प्रणाली जटिल थी, शोधकर्ताओं के प्रयोगों में प्रयुक्त परमाणु सरल था - परमाणु हाइड्रोजन, जिसमें केवल एक इलेक्ट्रॉन होता है। अन्य शोधकर्ताओं द्वारा किए गए पूर्व प्रयोगों में अध्ययन के अनुसार, दो या दो से अधिक इलेक्ट्रॉनों जैसे कि हीलियम, आर्गन और क्रिप्टन में शामिल परमाणुओं का उपयोग किया गया था।
क्योंकि मुक्त इलेक्ट्रॉनों एक दूसरे के साथ बातचीत कर सकते हैं, उन इंटरैक्शन कणों के टनलिंग समय को प्रभावित कर सकते हैं। यह बता सकता है कि नए अध्ययन से पहले के अध्ययनों के अनुमान क्यों लंबे थे, और दसियों एटोसेकंड से, संग ने समझाया। शोधकर्ताओं ने बताया कि हाइड्रोजन की परमाणु संरचना की सादगी ने शोधकर्ताओं को अपने प्रयोगों को एक सटीकता के साथ जांचने की अनुमति दी, जो पहले के प्रयासों में पहुंच से बाहर था, जिससे एक महत्वपूर्ण बेंचमार्क तैयार किया जा सकता है।
निष्कर्ष नेचर नेचर में 18 मार्च को ऑनलाइन प्रकाशित किए गए थे।
