এক্সপেরিমেন্ট এর মাধ্যমে ভেরিফাইড হল কোয়ান্টাম জেনো এফেক্ট

০৩ রা নভেম্বর, ২০১৫ সকাল ১১:৪২

কোয়ান্টাম থিওরির একটি অম্যতম বিদ্ঘুটে প্রেডিকশন হল, আমরা যখন কোন সিস্টেমকে দেখব তখন তার কোন পরিবর্তন ঘটবে না! আর এটাকে Cornell বিশ্ববিদ্যালয়ের কয়েকজন ফিজিসিস্টের দ্বারা সম্প্রতি একটা এক্সপেরিমেন্ট এর মাধ্যমে কনফার্ম করা সম্ভব হয়েছে। তাদের এই কাজটি এটমের কোয়ান্টাম স্টেটকে কন্ট্রোল ও ম্যানিপুলেট করার নতুন মৌলিক দরজা খুলে দিয়েছে আর এর দ্বারা নতুন ধরণের সেন্সরও তৈরি করা সম্ভব হতে পারে।

এক্সপেরিমেন্টগুলোকে পারফর্ম করা হয়েছিল ফিজিক্স এর এসিস্টেন্ট প্রোফেসর Mukund Vengalattore এর আলট্রাকোল্ড ল্যাবে। Mukund Vengalattore এবসোল্যুট জিরো টেম্পারেচার এর ০.০০০০০০০০১ ডিগ্রী সেলসিয়াস উপরের তাপমাত্রায় মেটারিয়ালগুলোর ফিজিক্স কেমন হয় সেটা স্টাডি করার জন্য Cornell বিশ্ববিদ্যালয়ের প্রথম প্রোগ্রাম এস্ট্যাবলিশ করেছিলেন। এই ওয়ার্কটি Physical Review Letters তে প্রকাশিত হয়। গ্রেজুয়েট স্টুডেন্ট Yogesh Patil এবং Srivatsan K. Chakram একটি ভ্যাকুয়াম চেম্বারে প্রায় এক বিলিয়ন রুবিডিয়াম এটম এর গ্যাস তৈরি করে ঠাণ্ডা করে রেখেছিলেন এবং এই ম্যাসকে লেজার বিমে সাসপেন্ড করেছিলেন। এই স্টেটে এটমগুলো একটি অর্ডারলি ল্যাটিসে সজ্জিত হয় ঠিক যেমনটা ক্রিস্টালাইন সলিডে হত। কিন্তু এরকম এত লো টেম্পারেচারে এটমগুলো ল্যাটিসের এক জায়গা থেকে আরেক জায়গায় "টানেল" করতে পারে। হাইজেনবার্গের বিখ্যাত আনসারটেইনটি প্রিন্সিপাল বলে, কোন পার্টিকেলের পজিশন ও ভেলসিটি বা বেগ ইন্টারেক্ট করে। অর্থাৎ একটা নিশ্চিন্তভাবে বললে আরেকটি সম্পর্কে আমরা একেবারেই অনিশ্চিত। টেম্পারেচার হল পার্টিকেল মোশনের একটি পরিমাপ। অত্যন্ত ঠাণ্ডায় পার্টিকেলের বেগ প্রায় শূন্য। সুতরাং পারটিকেল পজিশনে প্রচুর ফ্লেক্সিবিলিটি আছে। যখন একে অবজার্ভ করা হবে তখন মনে হবে এটমগুলো একই সাথে কয়েক জায়গায় আছে।

রিসার্চারগণ দেখালেন যে তারা শুধু এটমগুলোকে অবজার্ভ করেই কোয়ান্টাম টানেলিংকে বন্ধ করে দিতে সক্ষম হয়েছেন। অবজার্ভ করার সময় পার্টিকেলের পরিবর্তন না হওয়ার মত বিদ্ঘুটে ঘটনাকে বলে কোয়ান্টাম জেনো এফেক্ট (Quantum Zeno effect)। নামটা নেয়া হয়েছে গ্রীক ফিলোসোফার জেনো এর নামানুসারে। আর এটা ডেরাইভ করেছিল ১৯৭৭ সালে University of Texas, Austin এর E. C. George Sudarshan and Baidyanath Misra। তারা বলেছিলেন, প্রিন্সিপাল অনুসারে কোয়ান্টাম মেজারমেন্ট এর অদ্ভুত প্রকৃতি রিপিটেড মেজারমেন্টের ক্ষেত্রে কোয়ান্টাম সিস্টেমকে স্তব্ধ করে দেয়া এলাউ করে।

পূর্বের এক্সপেরিমেন্টগুলো সাবএটোমিক পার্টিকেল এর স্পিন এর উপর জেনো এফেক্ট ডেমন্সট্রেট করেছিল। Vengalattore বলেন, "এটমিক মোশনের রিয়াল স্পেস মেজারমেন্টের মাধ্যমে এটাই কোয়ান্টাম জেনো এফেক্টের প্রথম অবজার্ভেশন। আবার হাই ডিগ্রী কনট্রোলের কারণে আমরা যে ম্যানারে এটম অবজার্ভ করি তা গ্রেজুয়ালি টিউনিং ও করতে পারি। এই টিউনিং ব্যবহার করে এই কোয়ান্টাম সিস্টেমে আমরা এমারজেন্ট ক্লাসিকালিটি এফেক্টও (emergent classicality) দেখাতে পারি।" গ্রেজুয়ালি টিউনিং এর দ্বারা এটমের কোয়ান্টাম এফেক্ট এর ধীরে ধীরে চলে যাওয়া আর এর ক্লাসিকাল ফিজিক্সের বিহ্যাভিওর প্রোমিনেন্ট হওয়া এটাই এর এমারজেন্ট ক্লাসিকালিটি।

রিসার্চারগণ মাইক্রোস্কোপের নিচে এটমগুলোকে সেপারেট ইমেজিং লেজার রশ্মি দিয়ে আলোকিত করে অবজার্ভ করেছেন। একটি লাইট মাইক্রোস্কোপ আলাদা আলাদা ইন্ডিভিজুয়াল এটমকে দেখতে পারে না কিন্তু ইমেজিং লেজারের কারণে তাদের ফ্লুরোসেন্স ঘটায় আর মাইক্রোস্কোপ লাইটের এই ফ্লাশকে ক্যাপচার করে নেয়। যখন ইমেজিং লেজার বন্ধ থাকে অথবা কেবল ডিমলি বা অনুজ্জ্বল আলোতে চালানো হয় তখন এটমগুলো মুক্তভাবে টানেল করে (ক্লাসিকাল মেকানিক্স অনুযায়ী অসম্ভব অভেদ্য বেরিয়ার এর বাঁধা টপকাতে পারে)। কিন্তু ইমেজিং বিম উজ্জ্বল করা হলে মেজারমেন্ট ফ্রিকুয়েন্টলি হয় আর টানেলিংও ড্রামাটিকালি কমে আসে।

পেপারটির লিড অথর Patil বলেন, "এটা আমাদেরকে কোয়ান্টাম সিস্টেমকে, এমনকি বোধ হয় একেকটি এটমকে করার একটি অভূতপূর্ব উপায় বের করে দিয়েছে। এই স্টেটে এটমগুলো আউটসাইড ফোর্স এর কাছে অত্যন্ত সেন্সেটিভ। সুতরাং এই গবেষণা আমাদের নতুন রকমের সেন্সর ডেভেলপ করতেও সাহায্য করবে।"

রিসার্চারদের এই গ্রুপটার এই অসাধারণ ইমেজিং টেকনিক আবিষ্কারের ফলেই এই এক্সপেরিমেন্টটি করা সম্ভব হয়েছে। আর এর কারণেই কোয়ান্টাম স্টেটে নিয়ে যাওয়া আল্ট্রাকোল্ড এটমগুলোকে অবজার্ভ করা সম্ভব হয়েছে। Vengalattore বলেন, "আমাদের এখন কেবল অবজার্ভেশনের দ্বারাই কোয়ান্টাম ডাইনামিক্স কন্ট্রোল করার একটি ইউনিক টেকনিক আছে।"

http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.115.140402

০ টি +০/-০