Superluminal Correlations in Ensembles of Optical Phase Singularities
अभूतपूर्व स्थानिक और कालिक विभेदन (spatial and temporal resolution) वाले अल्ट्राफास्ट इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने हेक्सागोनल बोरोन नाइट्राइड झिल्लियों में ऑप्टिकल फेज सिंगुलैरिटीज़ को विनाश से पहले सुपरलुमिनल वेगों तक त्वरित होते हुए सीधे देखा, जिससे पोलरिटोनिक मीडिया में टोपोलॉजिकल डिफेक्ट डायनेमिक्स और अल्ट्राफास्ट सूचना प्रवाह के बारे में नई अंतर्दृष्टि प्राप्त हुई।
मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
एक शांत तालाब की कल्पना करें। यदि आप उसमें दो पत्थर गिराते हैं, तो लहरें बाहर की ओर फैलती हैं, एक-दूसरे को काटती हैं, और उभारों तथा गहराइयों का एक जटिल, नाचता हुआ पैटर्न बनाती हैं। अब, उस नाचते हुए पैटर्न में, उन नन्हे, अदृश्य "भंवरों" की कल्पना करें जहाँ पानी पूरी तरह से स्थिर दिखाई देता है, लेकिन उनके चारों ओर घूमने की दिशा पूरी तरह से परिभाषित होती है। भौतिकी में, हम इन संरचनाओं को फेज सिंगुलैरिटी (phase singularities) कहते हैं। ये एक तरंग क्षेत्र के तूफान की आंख की तरह हैं।
द दशकों से, वैज्ञानिक जानते हैं कि ये सिंगुलैरिटीज़ छोटे कणों की तरह व्यवहार करती हैं। वे एक-दूसरे से टकरा सकती हैं, जोड़े बना सकती हैं, और यहाँ तक कि एक-दूसरे को नष्ट भी कर सकती हैं (विलुप्त हो सकती हैं) जब एक "घड़ी की दिशा में" घूमने वाला भंवर एक "घड़ी की विपरीत दिशा में" घूमने वाले भंवर से मिलता है।
बड़ी खोज: प्रकाश से तेज़ दौड़ता "भूत"
यह नया शोध पत्र एक हाई-स्पीड कैमरे की तरह है जिसने अंततः इन सिंगुलैरिटीज़ को कुछ असंभव करते हुए पकड़ लिया है: प्रकाश की गति से भी तेज़ चलना।
यहाँ मोड़ यह है: वे भौतिकी के नियमों को नहीं तोड़ रहे हैं (जैसे आइंस्टीन का नियम कि कोई भी द्रव्यमान वाली वस्तु प्रकाश से तेज़ नहीं जा सकती)। इसके बजाय, वे "भूत" हैं। क्योंकि एक सिंगुलैरिटी शून्य ऊर्जा का एक बिंदु है (तूफान में एक बिल्कुल शांत स्थान), वह तरंग पैटर्न के माध्यम से अविश्वसनीय गति से "कूद" या "फिसल" सकती है बिना वास्तव में कोई ऊर्जा या सूचना ले जाए। यह एक दीवार पर चलती छाया की तरह है जो प्रकाश से तेज़ चलती है; छाया कोई भौतिक वस्तु नहीं है, इसलिए वह नियमों को नहीं तोड़ती।
गुप्त सामग्री: "स्लो-मोशन" पदार्थ
उन्होंने इसे कैसे देखा? उन्होंने हेक्सागोनल बोरोन नाइट्राइड (hBN) नामक एक विशेष सामग्री का उपयोग किया।
इस सामग्री को प्रकाश के लिए एक "ट्रैफिक जाम" के रूप में सोचें। आमतौर पर, प्रकाश चीजों से पूरी गति से गुजरता है। लेकिन इस सामग्री में, प्रकाश तरंगें (विशेष रूप से एक प्रकार के फोनोन-पोलरिटोन) अविश्वसनीय रूप से धीमी गति से चलती हैं, जैसे तपती सड़क पर एक घोंघा।
यहाँ जादू का नुस्खा है:
- सिंगुलैरिटीज़ अपनी स्वाभाविक, सुपर-फास्ट गति से चलने की कोशिश कर रही हैं।
- क्योंकि "सड़क" (प्रकाश तरंग) जिस पर वे सवारी कर रही हैं, बहुत धीमी गति से चल रही है, इसलिए सिंगुलैरिटीज़ सामग्री के सापेक्ष प्रकाश की गति से भी तेज़ चलती हुई दिखाई देती हैं।
- यह एक ट्रेडमिल पर 190 मील प्रति घंटे की रफ्तार से पीछे की ओर चल रही ट्रेडमिल पर 200 मील प्रति घंटे की रफ्तार से दौड़ती रेस कार की तरह है। ट्रेडमिल पर खड़े पर्यवेक्षक के लिए, कार 390 मील प्रति घंटे की रफ्तार से चलती हुई दिखती है!
"कण" वाला सादृश्य जो टूट जाता है
वैज्ञानिक पहले इन सिंगुलैरिटीज़ को तरल में इधर-उधर टकराने वाली छोटी बिलियर्ड बॉल्स (बिल्ले के गेंदों) के रूप में देखते थे।
- अच्छी खबर: जब बात उनके बीच की दूरी की आती है, तो वे बिल्कुल बिलियर्ड बॉल्स की तरह व्यवहार करती हैं। वे एक तरल में कणों की तरह एक-दूसरे से बचती हैं या एक साथ जमा होती हैं।
- बुरी खबर: जब गति की बात आती है, तो वे बिलियर्ड बॉल्स की तरह व्यवहार नहीं करती हैं। वास्तविक बिलियर्ड बॉल्स अचानक अनंत गति तक नहीं बढ़ सकतीं। लेकिन ये सिंगुलैरिटीज़? जैसे ही वे एक-दूसरे से टकराने और गायब होने के लिए तैयार होती हैं, वे बेतहाशा गति पकड़ लेती हैं, और ऐसी गति तक पहुँच जाती हैं जो तर्क को चुनौती देती प्रतीत होती है।
उन्होंने यह कैसे किया: परम स्लो-मोशन कैमरा
इसे देखने के लिए, शोधकर्ताओं को एक ऐसे कैमरे की आवश्यकता थी जो पलक झपकने से भी तेज़ फोटो ले सके और एक वायरस से भी छोटा ज़ूम कर सके।
- उन्होंने एक अल्ट्राफास्ट इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग किया। चित्र लेने के लिए प्रकाश का उपयोग करने के बजाय, उन्होंने सामग्री पर इलेक्ट्रॉनों (छोटे कणों) की एक बीम छोड़ी।
- उन्होंने गति को फ्रीज़ करने के लिए लेजर के साथ एक "स्ट्रोब लाइट" तकनीक का उपयोग किया।
- परिणाम? उन्होंने इन सिंगुलैरिटीज़ के जन्म लेने, नाचने और मरने का एक मूवी कैप्चर किया, जिसका रिज़ॉल्यूशन इतना बारीक था कि वे प्रकाश तरंग से 30 गुना छोटी विवरण देख सके, और टाइम स्टेप्स 3 फेमटोसेकंड (यानी 0.000000000000003 सेकंड!) जितने कम थे!
यह क्यों मायने रखता है?
- नई भौतिकी: यह साबित करता है कि ये "भूत" जैसी गतियाँ तरंगों के लिए एक सार्वभौमिक नियम हैं, न कि केवल एक इत्तेफाक।
- सुपर-फास्ट डेटा: यह सुझाव देता है कि कुछ सामग्रियों में, सूचना सैद्धांतिक रूप से अजीब, अल्ट्रा-फास्ट तरीकों से प्रवाहित हो सकती है, भले ही स्वयं प्रकाश धीमा चल रहा हो।
- बेहतर माइक्रोस्कोप: उनके द्वारा विकसित तकनीकें, जिनका उपयोग इन "भूतों" को ट्रैक करने के लिए किया गया है, भविष्य में परमाणुओं और अणुओं को अधिक स्पष्ट रूप से देखने के लिए बेहतर इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप बनाने में मदद कर सकती हैं।
संक्षेप में:
वैज्ञानिकों ने एक सुपर-स्लो सामग्री और एक सुपर-फास्ट इलेक्ट्रॉन कैमरे का उपयोग करके उन ऑप्टिकल "भंवरों" को पकड़ लिया जो प्रकाश की गति से भी तेज़ चलते हुए दिखाई देते हैं। उन्होंने पाया कि हालांकि ये भंवर भीड़ में कणों की तरह व्यवहार करते हैं, लेकिन उनमें एक जंगली, सुपर-फास्ट पक्ष है जो कणों में नहीं होता, जो प्रकाश के ताने-बाने में एक छिपे हुए, अराजक नृत्य को प्रकट करता है।
अपने क्षेत्र के पेपरों की भीड़ में उलझे हुए हैं?
आपके रिसर्च कीवर्ड से मेल खाने वाले सबसे नए और अलग सोच वाले पेपरों का रोज़ाना Digest पाएँ—तकनीकी सारांश के साथ, आपकी भाषा में।