क्वांटम तरंग गति में परमाणुओं का इमेजिंग

पेरिस में कास्टलर ब्रोसेल प्रयोगशाला के भौतिकविदों ने अंतरिक्ष में घूमते समय व्यक्तिगत परमाणुओं के तरंग-जैसे व्यवहार को सीधे देखने के लिए एक शक्तिशाली नई तकनीक विकसित की है। अल्ट्राकोल्ड परमाणुओं को लेजर से सटीक रूप से नियंत्रित करके और अत्याधुनिक माइक्रोस्कोप से उनकी इमेजिंग करके, शोधकर्ताओं ने पदार्थ तरंगों की क्रियाशीलता के कुछ सबसे स्पष्ट सबूतों को कैद किया है। हाल ही में प्री-प्रिंट में प्रकाशित उनके निष्कर्ष, एकल कणों की रहस्यमय क्वांटम दुनिया की एक रोमांचक झलक प्रदान करते हैं।

क्वांटम यांत्रिकी के अजीब नियमों के अनुसार सभी कणों में कण-जैसे और तरंग-जैसे दोनों गुण होते हैं। परमाणुओं और उससे छोटे पैमाने पर, वस्तुएँ सूक्ष्म रूप से तरंगों के रूप में व्यवहार करती हैं, भले ही वे स्पष्ट रूप से गणनीय कण बने रहें। पिछले प्रयोगों ने अप्रत्यक्ष रूप से बिखराव प्रभावों के माध्यम से पदार्थ तरंगों का अध्ययन किया है, लेकिन व्यक्तिगत परमाणु तरंगों की प्रत्यक्ष इमेजिंग चुनौतीपूर्ण साबित हुई है। फ्रांसीसी टीम ने एक ऑप्टिकल जाली पर परमाणु तरंग कार्यों को सुचारू रूप से प्रक्षेपित करने और फिर एकल-कण इमेजिंग के साथ परमाणु स्थितियों को इंगित करने के लिए एक विधि विकसित करके इसे बदलने की कोशिश की।

जोरिस वेरस्ट्रेटन, कुनलुन दाई, मैक्सिम डिक्समेरियास, ब्रूनो पीउडेसेर्फ, टिम डी जोंग, तारिक येफ्साह

एकल-परमाणु तरंग पैकेट की तैयारी और इन-सीटू इमेजिंग। (ए) माप योजना: व्यक्तिगत परमाणुओं को तरंग वैक्टर 𝐤𝟏, 𝐤𝟐 और 𝐤𝟑 के साथ एक स्व-हस्तक्षेप करने वाली लेजर बीम द्वारा बनाई गई त्रिकोणीय ऑप्टिकल जाली के व्यक्तिगत साइटों के हार्मोनिक ऑसिलेटर ग्राउंड स्टेट के करीब तैयार किया जाता है। जाली कुओं में शुरू में फंसे तरंग पैकेट, जो गॉसियन प्रायिकता घनत्व वितरण |𝜓0⁢(𝐫)|2 द्वारा चिह्नित होते हैं, एक विमान में जारी किए जाते हैं, जिससे उन्हें एक निश्चित समय के लिए विस्तार करने की अनुमति मिलती है। विस्तार के बाद इमेजिंग के लिए, जाली को फिर से तेज़ी से ऊपर उठाया जाता है, जिससे तरंग पैकेट का प्रक्षेपण होता है, और एक साइट पर परमाणु को पिन करने के लिए रमन साइडबैंड कूलिंग लागू की जाती है। परिणामी परमाणु स्थितियों को साइट-रिज़ॉल्यूशन फ्लोरोसेंस इमेजिंग के माध्यम से रिकॉर्ड किया जाता है। समान रूप से तैयार तरंग पैकेटों की कई पुनरावृत्तियों से हम जाली संरचना द्वारा दिए गए विवेकन के साथ प्रक्षेपित स्थितियों के हिस्टोग्राम बनाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक मापा गया प्रायिकता वितरण |𝜓0⁢(𝐫)|2 होता है। (बी) प्रायोगिक एकल-परमाणु हल की गई छवि। शीर्ष-दाएं पैनल एक उपक्षेत्र को दिखाता है जिसमें एक व्यक्तिगत परमाणु होता है। नीचे-दाएं पैनल छवि का एक बड़ा क्षेत्र प्रदर्शित करता है, जिसके ऊपर 𝑎𝐿=709 एनएम के अंतराल के साथ पुनर्निर्मित त्रिकोणीय जाली संरचना को सफेद बिंदुओं के रूप में दिखाया गया है। (सी) परमाणुओं को दो-आयामी तल तक सीमित करने वाले चपटे ऑप्टिकल डिपोल ट्रैप का प्रायोगिक विन्यास, शीतलन और इमेजिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले रमन बीम (आर 1, आर 2 और आरपी), और माइक्रोस्कोप उद्देश्य।

उनके परिणाम एक साहसिक अनुमान को विश्वसनीयता प्रदान करते हैं - कि वृहद पैमाने पर, संपूर्ण ब्रह्मांड को पदार्थ की एक भव्य ऊर्जा तरंग के रूप में समझा जा सकता है, और वास्तविकता की हमारी धारणा इस निरंतर क्वांटम प्रवाह की सचेत व्याख्या मात्र है। परमाणु, लोग, ग्रह, आकाशगंगाएँ - सभी को एक अंतहीन ब्रह्मांडीय गति के भीतर आवर्ती संभाव्य पैटर्न के रूप में वर्णित किया जा सकता है। इस दृष्टिकोण के अनुसार वास्तव में कुछ भी स्थिर नहीं रहता है, जो बताता है कि भौतिकविदों ने प्रकृति की अपनी जांच में कभी भी पूर्ण विश्राम क्यों नहीं पाया है।

मायावी क्वांटम वेवफंक्शन में एक खिड़की प्रदान करके, यह कार्य हमें क्वांटम दुनिया को पूरी तरह से देखने के एक कदम करीब लाता है। अपने दोहरे तरंग-कण प्रकृति का पालन करने वाले कणों की कुछ सबसे स्पष्ट छवियों को कैप्चर करके, फ्रांसीसी शोधकर्ताओं ने परमाणु क्वांटम माइक्रोस्कोपी को एक नए स्तर पर ले लिया है। उनके परिणाम क्वांटम यांत्रिकी के विचित्र नियमों की एक आश्चर्यजनक पुष्टि प्रदान करते हैं और प्रकृति के सबसे गहरे पैमाने पर प्रत्यक्ष खोज के लिए रोमांचक रास्ते खोलते हैं।

संदर्भ

1. 1.  https://doi.org/10.48550/arXiv.2404.05699

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