Classical traversability of a carbon BTZ wormhole
यह शोध पत्र प्रदर्शित करता है कि एक गैर-घूर्णनकारी BTZ ब्लैक होल के परावर्तन-सममित कार्बन झिल्ली एनालॉग पर द्रव्यमान रहित डिराक क्वैसीपार्टिकल्स (massless Dirac quasiparticles), एक तीव्र कोणीय संवेग सीमा द्वारा नियंत्रित शास्त्रीय पारगम्यता (classical traversability) प्रदर्शित करते हैं, जहाँ एक न्यूनतम थ्रोट त्रिज्या एक अपकेंद्रित अवरोध (centrifugal barrier) के रूप में कार्य करती है जो कणों को या तो परावर्तित करती है या क्रिटिकल-निकट प्रक्षेप पथों के पास लघुगणकीय कोणीय विचलन (logarithmic angular divergence) से गुजरने के बाद उन्हें पार करने की अनुमति देती है।
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एक ऐसे ब्रह्मांड की कल्पना करें जहाँ अंतरिक्ष का ताना-बाना एक चिकना, अदृश्य मंच नहीं है, बल्कि एक स्पर्श योग्य, खिंचने वाली सामग्री है जिसे आप अपने हाथ में पकड़ सकते हैं। सैद्धांतिक भौतिकी के क्षेत्र में, वैज्ञानिक लंबे समय से वर्महोल (wormholes) से मंत्रमुग्ध रहे हैं—ये काल्पनिक सुरंगें जो ब्रह्मांड के दूरस्थ बिंदुओं को जोड़ सकती हैं, जिससे अंतरिक्ष की विशालता के बीच एक छोटा रास्ता मिल सकता है। दशकों तक, ये अवधारणाएं गणित और ब्लैक होल के अत्यधिक गुरुत्वाकर्षण के दायरे में कैद रहीं, जो हमारी परीक्षण करने की क्षमता से बहुत दूर थीं। हालाँकि, कंडेंस्ड मैटर फिजिक्स की दुनिया से एक नया दृष्टिकोण उभरा है, जो कार्बन परमाणुओं की एक एकल परत, जिसे ग्राफीन (graphene) के रूप में जाना जाता है, का उपयोग करके इन ब्रह्मांडीय शॉर्टकटों का एक लघु, मेज-पर-रखने वाला संस्करण बनाने के लिए किया जा रहा है। यह सामग्री विशेष है क्योंकि इसमें घूमने वाले इलेक्ट्रॉन साधारण कणों की तरह नहीं, बल्कि प्रकाश की द्रव्यमान रहित तरंगों की तरह व्यवहार करते हैं, जिससे शोधकर्ता घुमावदार अंतरिक्ष से गुजरने वाली प्रकाश किरणों के व्यवहार का अनुकरण कर सकते हैं। इस कार्बन शीट को सावधानीपूर्वक आकार देकर, वैज्ञानिक एक वर्महोल का भौतिक मॉडल बना सकते हैं, जिससे अमूर्त समीकरणों को एक प्रयोगशाला में अध्ययन किए जाने योग्य एक मूर्त वस्तु में बदला जा सकता है।
हाल ही में एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं वैलेरी टिनियान्स्का और अल्फ्रेडो इओरियो ने यह पता लगाया कि ये सिम्युलेटेड वर्महोल वास्तव में कैसे काम करते हैं, जिसमें उन्होंने बीटीजे (BTZ) ब्लैक होल नामक ज्यामिति से प्राप्त एक विशिष्ट आकार पर ध्यान केंद्रित किया। उन्होंने एक ऐसा मॉडल बनाया जहाँ ग्राफीन की दो सपाट चादरें एक घुमावदार, प्याले के आकार (hourglass-shaped) के पुल द्वारा जुड़ी हुई हैं। यह पुल पारंपरिक अर्थों में समय या स्थान के माध्यम से एक सुरंग नहीं है, बल्कि एक चिकनी, निरंतर सतह है जो वर्महोल की स्थानिक ज्यामिति की नकल करती है। टीम यह समझना चाहती थी कि पारगमन के नियम क्या हैं: यदि कोई कण इस पुल की ओर बढ़ता है, तो क्या वह दूसरी ओर से गुजर जाएगा, या वह वापस लौट आएगा? इसका उत्तर देने के लिए, उन्होंने ग्राफीं में इलेक्ट्रॉनों को प्रकाश की किरणों की तरह माना, और घुमावदार सतह पर उनके पथों का पीछा किया ताकि यह देखा जा सके कि पुल का आकार उनकी यात्रा को कैसे प्रभावित करता है।
शोधकर्ताओं ने पाया कि किसी कण की इस पुल को पार करने की क्षमता पूरी तरह से एक सटीक कारक पर निर्भर करती है: उसका कोणीय संवेग (angular momentum), जिसे इस रूप में सोचा जा सकता है कि कण चलते समय कितना घूम या चक्कर लगा रहा है। उन्होंने इन कणों के व्यवहार में एक स्पष्ट विभाजक रेखा पाई। यदि कोई कण इस चक्कर लगाने वाली गति की कम मात्रा के साथ पुल की ओर बढ़ता है, तो वह पुल के सबसे संकीर्ण हिस्से, जिसे 'थ्रोट' (throat) कहा जाता है, से सुचारू रूप से गुजर जाएगा और दूसरी ओर से प्रकट होगा। हालाँकि, यदि कण में थोड़ी भी अधिक मात्रा में यह गति होती है, तो वह एक अदृश्य बाधा का सामना करता है। पार करने के बजाय, उसे मुड़ने और उसी ओर वापस लौटने के लिए मजबूर किया जाता है जहाँ से वह आया था। यह सीमा पूर्ण है; शास्त्रीय विवरण में कोई ग्रे एरिया (अनिश्चित क्षेत्र) नहीं है। पुल का सबसे संकीर्ण बिंदु एक अपकेंद्रमुखी दीवार (centrifugal wall) की तरह कार्य करता है, जो उस किसी भी चीज़ को दूर धकेलता है जो बहुत अधिक पार्श्व गति के साथ गुजरने की कोशिश करती है।
शायद सबसे दिलचस्प निष्कर्ष उन कणों के बारे में है जो इस सीमा के बिल्कुल किनारे पर हैं। जब एक कण के पास पार करने के लिए पर्याप्त संवेग होता है लेकिन पूरी तरह से नहीं, तो उसका व्यवहार नाटकीय रूप रूप से बदल जाता है। एक त्वरित पारगमन या एक साधारण उछाल के बजाय, कण पुल के सबसे संकीर्ण हिस्से के चारों ओर कई बार चक्कर लगाने लगता है। वह थ्रोट के चारों ओर बार-बार घूमता है, और बचने या वापस लौटने में बहुत लंबा समय लेता है। शोधकर्ताओं ने गणना की कि इस कक्षा (orbiting) की स्थिति में बिताया गया समय बिना किसी सीमा के बढ़ता जाता है जैसे-जैसे कण का संवेग महत्वपूर्ण सीमा के करीब पहुँचता है। यह वर्महोल के प्रवेश द्वार पर एक प्रकार का ट्रैफिक जाम पैदा करता है, जहाँ कण जटिल कक्षाओं के नृत्य में देर तक रुकते हैं और फिर आगे बढ़ते हैं।
यह कार्य इन घुमावदार कार्बन प्रणालियों में परिवहन को समझने के लिए एक स्पष्ट ज्यामितीय आधार स्थापित करता है। यह अध्ययन पुष्टि करता है कि वर्महोल ज्यामिति एक आदर्श फिल्टर के रूप में कार्य करती है, जो कणों को दो अलग-अलग समूहों में विभाजित करती है: वे जो पुल को पार करते हैं और वे जो परावर्तित होते हैं। जबकि वर्तमान विश्लेषण इन कणों के शास्त्रीय पथों पर केंद्रित है, शोधकर्ता उल्लेख करते हैं कि यह व्यवहार भविष्य के अन्वेषणों के लिए मंच तैयार करता है। क्वांटम दुनिया में, जहाँ कण एक साथ कई अवस्थाओं में मौजूद हो सकते हैं, इन दीर्घजीवी, कक्षा वाले राज्यों से हस्तक्षेप पैटर्न (interference patterns) उत्पन्न होने की उम्मीद है, जो नैनोस्केल उपकरणों में विद्युत धाराओं को नियंत्रित करने के नए तरीकों की ओर ले जा सकते हैं। इन कणों के संचलन का सटीक मानचित्र बनाकर, यह अध्ययन भविष्य के अधिक जटिल क्वांटम परिवहन प्रणालियों के निर्माण और परीक्षण के लिए आवश्यक ब्लूप्रिंट प्रदान करता है, जिससे वर्महोल के सैद्धांतिक सपने को अत्यंत सूक्ष्म भौतिकी की खोज के लिए एक व्यावहारिक उपकरण में बदला जा सके।
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