क्वांटा के बीच अराजकता

पहली बार शोधकर्ताओं ने परमाणुओं के आयनीकरण में क्वांटम अराजकता का पता लगाया

रूबिडियम परमाणु बीम से अलग-अलग परमाणु एक क्यूबॉइडल व्यवस्था से उड़ते हैं। इसी समय, एक मजबूत चुंबकीय और एक विद्युत क्षेत्र होता है: चुंबकीय कॉइल एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करते हैं, और एक विद्युत क्षेत्र आंतरिक इलेक्ट्रोड (नारंगी) और बाहरी इलेक्ट्रोड (हरा) के बीच मौजूद होता है। फोटो प्रभाव को ट्रिगर करने वाले लेजर प्रकाश में एक समायोज्य आवृत्ति होती है। फोटोफ़ेक्ट की माप तीन चरणों में होती है: (1) लेजर बीम से गुजरने वाला प्रत्येक परमाणु एक निश्चित संभावना के साथ लेजर बीम से एक फोटॉन को निगलता है, जो प्रकाश आवृत्ति पर निर्भर करता है। यह एक (फोटो) इलेक्ट्रॉन और एक रुबिडियम आयन में विघटित होता है। (२) चुंबकीय क्षेत्र और विद्युत क्षेत्र के प्रभाव के तहत, फोटोइलेक्ट्रॉन आंतरिक इलेक्ट्रोड के चारों ओर घूमते हैं। यदि खेतों में उपयुक्त आकार है, तो इलेक्ट्रॉन लाल इलेक्ट्रोड में क्यूबाइडल व्यवस्था को छोड़ देते हैं और स्थानिक रूप से रुबिडियम आयनों से अलग हो जाते हैं। (३) जबकि रुबिडियम आयन और गैर-क्षय रूबिडियम परमाणु एक धातु सिलेंडर द्वारा फंसे हुए होते हैं, फोटोइलेक्ट्रॉनों से फोटोक्रेक्टर एक डिटेक्टर पर हमला करता है और वहां पता लगाया जाता है। © क्वांटम ऑप्टिक्स के लिए MPI
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क्वांटम ऑप्टिक्स के मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट के वैज्ञानिकों ने पहली बार क्वांटम दुनिया में अराजक व्यवहार की जांच करने पर परमाणुओं के आयनीकरण में क्वांटम अराजकता दिखाने में सक्षम हैं। लेज़र प्रकाश की सहायता से उन्होंने अलग-अलग रुबिडियम परमाणुओं से मजबूत विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों में इलेक्ट्रॉनों को भंग कर दिया। फिर उन्होंने इलेक्ट्रॉनों की अराजक गति के कारण लेजर प्रकाश की आवृत्ति के कार्य के रूप में इलेक्ट्रॉन प्रवाह में विशिष्ट उतार-चढ़ाव को मापा। प्रयोग क्वांटम यांत्रिकी के शुरुआती दिनों के प्रयास पर आधारित है, जो फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का प्रमाण है। शोधकर्ता फिजिकल रिव्यू लेटर्स के मौजूदा अंक में अपने निष्कर्षों पर रिपोर्ट करते हैं।

मनुष्य की स्थूल रोजमर्रा की दुनिया में, अक्सर "नियतात्मक अराजकता" होती है: भविष्य में मौसम और प्रवाह की स्थिति कैसे विकसित होती है, आकाशीय पिंड कैसे चलते हैं या कीटों की आबादी कैसे बढ़ती है, यह सूत्रों में सटीक रूप से वर्णित किया जा सकता है, ये प्रक्रियाएं "निर्धारक" हैं। लेकिन वे कैसे विकसित होते हैं, शुरुआती मूल्यों पर बहुत संवेदनशील रूप से निर्भर करता है। प्रारंभिक अवस्था की माप में थोड़ी सी भी त्रुटि दीर्घकालिक भविष्यवाणी को असंभव बना सकती है - भौतिकविदों का कहना है कि प्रक्रियाएं "अराजक" हैं।

इसके अलावा सूक्ष्म प्रक्रियाएं बहुत जटिल हो सकती हैं। लेकिन क्वांटम यांत्रिकी सख्ती से परमाणुओं की दुनिया के लिए एक "नियतात्मक अराजकता" को शामिल नहीं करता है - आंशिक रूप से क्योंकि क्वांटम-मैकेनिकल सिस्टम कई युगपत प्रारंभिक राज्यों से गैर-निर्धारक रूप से विकसित होते हैं। क्वांटम अराजकता अनुसंधान में, इसलिए, क्वांटा की दुनिया में भौतिक विज्ञानी रोजमर्रा की दुनिया के निर्धारण संबंधी अराजकता के पत्राचार के लिए खोज करते हैं। उदाहरण के लिए, मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर क्वांटम ऑप्टिक्स के वैज्ञानिक क्वांटम मैकेनिकल सिस्टम पर शोध कर रहे हैं, जो मैक्रोस्कोपिक भौतिकी के नियमों के अनुसार नियतांत्रिक रूप से अराजक होंगे।

क्वांटम अराजकता का पहला प्रायोगिक प्रमाण सफल रहा

गर्नोट स्टानिया और हर्बर्ट वाल्थर के आसपास के वैज्ञानिकों ने अब एक प्रणाली में क्वांटम अराजकता का पहला प्रायोगिक सबूत हासिल किया है जिसमें सिद्धांत के घटक प्रयोग के दौरान सभी दिशाओं में मनमाने ढंग से दूर हो सकते हैं। उन्होंने एक ऐतिहासिक प्रयोग का सहारा लिया: फोटो प्रभाव को साबित करने का प्रयास, जहां प्रकाश से विकिरणित होते ही एक धातु से इलेक्ट्रॉनों को छोड़ा जाता है।

शास्त्रीय रूप से, एक विद्युत वोल्टेज दो विपरीत धातु प्लेटों पर लागू होता है, जिनमें से एक को क्षार धातु के साथ लेपित किया जाता है। क्षार धातु एक निश्चित आवृत्ति (और इस प्रकार ऊर्जा) के प्रकाश से विकिरणित होती है। जैसे ही ऊर्जा एक निश्चित सीमा से अधिक हो जाती है, प्रकाश धातु से इलेक्ट्रॉनों को छोड़ देता है, जिसे विद्युत प्रवाह के रूप में पाया जा सकता है। एक सौ साल पहले अल्बर्ट आइंस्टीन ने इस आशय के लिए अपना स्पष्टीकरण प्रकाशित किया था, जो क्वांटम सिद्धांत के विकास के लिए निर्णायक था और 1921 में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। प्रदर्शन

मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट ऑफ क्वांटम ऑप्टिक्स के वैज्ञानिकों ने इस प्रयोग को अपनी आवश्यकताओं के लिए अनुकूलित किया: आधुनिक संस्करण में, क्षार धातु को धातु की प्लेट पर लागू नहीं किया जाता है, लेकिन प्रयोगात्मक सेटअप के माध्यम से व्यक्तिगत रूबिडियम परमाणुओं के एक बीम के रूप में उड़ता है। परमाणुओं को एक विद्युत क्षेत्र और एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र से अवगत कराया जाता है। जैसा कि ऐतिहासिक प्रयोग में, परमाणुओं को अब एक निश्चित आवृत्ति के प्रकाश के साथ विकिरणित किया जाता है, जो परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को मुक्त कर सकते हैं। इलेक्ट्रॉनों के इस वर्तमान को प्रकाश आवृत्ति के एक फ़ंक्शन के रूप में मापा जाता है।

इलेक्ट्रॉनों की विद्युत में उतार-चढ़ाव होता है

चुंबकीय क्षेत्र के साथ, परमाणु में विद्युत क्षेत्र और इलेक्ट्रोस्टैटिक बल (प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों का आकर्षण), तीन अलग-अलग बल रुबिडियम परमाणुओं में (प्रकाश) इलेक्ट्रॉनों पर कार्य करते हैं, जो प्रत्येक बहुत अलग इलेक्ट्रॉन आंदोलनों का कारण बनता है। जब तक इनमें से एक बल बाहर निकलता है, तब तक इलेक्ट्रॉन की गति सरल होती है और अराजक नहीं - यह मामला है, उदाहरण के लिए, जब इलेक्ट्रॉन ने अभी तक लेजर प्रकाश को अवशोषित नहीं किया है और परमाणु नाभिक के आसपास के क्षेत्र में है। लेकिन जैसे ही इलेक्ट्रॉन प्रकाश के एक कण को ​​उठाता है, वह ऊर्जावान रूप से उच्च अवस्था में पहुंच जाता है, और इस तरह बाहरी विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के प्रभाव में मजबूत हो जाता है - और उसका मूवमेंट अराजक। इस आंदोलन के दौरान यह कोर से दूर चला जाता है जब तक कि यह मुक्त न हो।

आंदोलन में अराजकता इस तथ्य में ही प्रकट होती है कि इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह प्रकाश कणों की ऊर्जा को ध्यान में रखते हुए एक निश्चित तरीके से उतार-चढ़ाव करता है; इस उतार-चढ़ाव को एसेन के उतार-चढ़ाव के रूप में भी जाना जाता है। शोधकर्ता न केवल उपयोगकर्ता के उतार-चढ़ाव को साबित करने में सक्षम थे, बल्कि वे प्रायोगिक सेटअप की मदद से बिजली और चुंबकीय क्षेत्र की ताकत को समायोजित करने में भी सक्षम थे, मैक्रोस्कोपिक के नियमों के अनुसार प्रणाली कितनी अराजक है भौतिकी रखती है। वे नियतात्मक अराजकता और फोटोक्रेच के उतार-चढ़ाव के बीच संबंध को साबित करने में सक्षम थे: मैक्रोस्कोपिक भौतिकी के नियमों के लिए सिस्टम ने जितनी अधिक अराजक प्रतिक्रिया दी, उतने ही मजबूत उतार-चढ़ाव थे।

(एमपीजी, 04.11.2005 - डीएलओ)