Enhancement of axial magnetic field generation during relativistic self-channeling of laser radiation propagating along thin films

कल्पना कीजिए कि आपने एक ऐसी शक्तिशाली टॉर्च पकड़ी हुई है जो न केवल कमरे को रोशन करती है, बल्कि हवा को ही इलेक्ट्रॉन नामक सूक्ष्म कणों के लिए एक सुपर-फास्ट हाईवे में बदल देती है। यह अल्ट्रा-हाई-पावर लेजर की दुनिया है, जहाँ वैज्ञानिक ऊर्जा को इतनी तीव्रता से केंद्रित करना सीख रहे हैं कि वे कणों को प्रकाश की गति के करीब त्वरित कर सकें। जब ये सुपर-चार्ज्ड लेजर बीम पदार्थ से टकराती हैं, तो वे केवल चीजों को गर्म नहीं करतीं; वे जंगली, घूमते हुए चुंबकीय क्षेत्र बनाती हैं। आप इन क्षेत्रों को चुंबकत्व से बने अदृश्य भंवरों या बवंडरों की तरह मान सकते हैं।

आमतौर पर, जब एक लेजर बीम इन चुंबकीय भंवरों को बनाने के लिए गैस (प्लाज्मा) के बादल के माध्यम से गुजरने की कोशिश करती है, तो वह एक निराशाजनक दीवार से टकरा जाती है। आप लेजर में जितनी अधिक शक्ति जोड़ते हैं, प्लाज्मा उतना ही अधिक प्रतिरोध करता है, इलेक्ट्रॉन्स को दूर धकेलता है और एक खोखली सुरंग बना देता है। यह "सेल्फ-चैनलिंग" बीम को केंद्रित रखने के लिए तो बेहतरीन है, लेकिन यह वास्तव में चुंबकीय क्षेत्र को और अधिक मजबूत होने से रोक देता है। यह एक बाल्टी को पाइप से भरने की कोशिश करने जैसा है जो बाल्टी के भरते ही खुद को बंद कर देती है। वैज्ञानिक सोच रहे थे: क्या सिस्टम को धोखा देने का कोई तरीका है? क्या हम चुंबकीय भंवरों को लेजर बीम जितना ही मजबूत बना सकते हैं, जो संभावित रूप से चुंबकत्व के उन स्तरों तक पहुँच सके जो न्यूट्रॉन सितारों पर पाए जाने वाले अत्यधिक चुंबकीय क्षेत्रों की नकल कर सके?

यह ठीक वही पहेली है जिसे विटालिया ए. कुलेशोवा और आर्टेम वी. कोरझिमानोव ने अपने हालिया अध्ययन में सुलझाने का प्रयास किया है। वे एक चतुर समाधान प्रस्तावित करते हैं: केवल गैस के एक समान बादल में लेजर चलाने के बजाय, वे सुझाव देते हैं कि बीम के पथ के बिल्कुल बीच में प्लाज्मा की एक छोटी, अत्यंत सघन "स्पाइक" (नुकीली परत) जोड़ी जाए। इसे एक कटोरे में सूप के ठीक बीच में स्पैगेटी के एक पतले, घने धागे को जोड़ने के समान समझें।

शोधकर्ताओं ने इस विचार का परीक्षण करने के लिए गणितीय मॉडलों और सुपर-कंप्यूटर सिमुलेशन के मिश्रण का उपयोग किया। उनका मुख्य निष्कर्ष यह है कि यह छोटी, सघन परत एक गुप्त बूस्टर की तरह काम करती है। जबकि एक सामान्य, एकसमान प्लाज्मा इलेक्ट्रॉनों को दूर धकेल देगा और चुंबकीय क्षेत्र को सीमित कर देगा, यह सघन स्पाइक इलेक्ट्रॉनों को इतना थामे रखती है कि लेजर उन्हें एक तंग, शक्तिशाली करंट में खींच सके। यह करंट बदले में एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है जो आश्चर्यजनक रूप से मजबूत है—इतना मजबूत कि उनके सिमुलेशन में, यह लेजर तरंग के चुंबकीय क्षेत्र के बराबर, और उससे थोड़ा अधिक भी हो गया।

अपने कंप्यूटर प्रयोगों में, उन्होंने पाया कि स्पाइक में घनत्व की सही मात्रा के साथ, चुंबकीय क्षेत्र लगभग 1.5 गीगागास (यानी एक सामान्य फ्रिज मैग्नेट की ताकत से 1.5 अरब गुना!) के स्तर तक पहुँच सकता है। यह सामान्य प्लाज्मा की तुलना में एक बड़ी छलांग है, जहाँ क्षेत्र एक बहुत निचले स्तर पर अटक जाता है, चाहे आप कितनी भी शक्ति क्यों न जोड़ दें। शोध पत्र सुझाव देता है कि यदि हम पर्याप्त शक्तिशाली लेजर बना सकें (लगभग $10^{26}$ W/cm$^2$, जो भविष्य की परियोजनाओं का लक्ष्य है), तो यह तकनीक "टेरागास" क्षेत्र बनाने में मदद कर सकती है—ऐसे चुंबकीय बल जो उनके संपर्क में आने वाले परमाणुओं को ही विकृत कर देंगे, जिससे पृथ्वी पर ही न्यूट्रॉन सितारों जैसे विलक्षण पिंडों के भौतिकी का अध्ययन करने का एक नया तरीका मिलेगा।

हालाँकि, लेखक सावधानीपूर्वक नोट करते हैं कि ये विशाल संख्याएँ कंप्यूटर सिमुलेशन से आई हैं, अभी तक लैब में किसी भौतिक प्रयोग से नहीं। वे यह भी बताते हैं कि इतनी अत्यधिक शक्ति स्तरों पर, नए कणों के निर्माण जैसे अन्य जटिल प्रभाव भी सक्रिय हो सकते हैं, जिनका उन्होंने अभी तक पूरी तरह से मॉडल नहीं किया है। लेकिन मूल विचार—कि प्लाज्मा की एक पतली, घनी परत चुंबकीय क्षेत्र निर्माण की "छत" को तोड़ सकती है—भविष्य के अनुसंधान के लिए एक आशाजनक नई दिशा है। यह कुछ ऐसा है जैसे यह पता चलना कि यदि आप नदी में एक विशिष्ट प्रकार का पत्थर रखते हैं, तो पानी केवल उसके चारों ओर से नहीं बहता; बल्कि वह तेज हो जाता है और एक ऐसा भंवर बनाता है जो नदी के अपने दम पर बनाने वाले भंवर से कहीं अधिक शक्तिशाली होता है।