Ruling out conventional explanations for a nanometer-scale periodicity in quantum transport and Casimir data
यह शोध पत्र कैसिमिर बल और क्वांटॉन परिवहन डेटा दोनों में देखी गई एक सार्वभौमिक 5.76 nm आवधिकता के स्रोत के रूप में सभी ज्ञात पारंपरिक भौतिक तंत्रों को व्यवस्थित रूप से खारिज करता है, और यह निष्कर्ष निकालता है कि यह घटना नए भौतिकी (न्यू फिजिक्स) के उद्गम को आवश्यक बनाती है।
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द दशकों से, भौतिक विज्ञानी इस बात पर विचार कर रहे हैं कि क्या ब्रह्मांड एक चिकने, निरंतर कपड़े से बना है या यह स्क्रीन पर पिक्सेल की तरह छोटे, असतत ब्लॉकों से बना है। यह प्रश्न क्वांटम ग्रेविटी के केंद्र में है, जो एक ऐसा क्षेत्र है जो बहुत बड़े और बहुत छोटे के नियमों को एकजुट करने का प्रयास कर रहा है। जबकि अधिकांश सिद्धांत सुझाव देते हैं कि ये मौलिक ब्लॉक असंभव रूप से छोटे हैं—एक परमाणु से खरबों गुना छोटे—कुछ शोधकर्ताओं ने एक अलग प्रश्न पूछा है। क्या कोई बड़ा, छिपा हुआ पैटर्न हो सकता है जो उस पैमाने पर उभरता है जिसे हम वास्तव में माप सकते हैं, शायद कुछ अरबवें मीटर के स्तर पर? यदि ऐसा पैटर्न मौजूद होता, तो यह कणों के चलने के तरीके और बलों के व्यवहार पर एक सूक्ष्म छाप छोड़ता, जो बिना किसी विशाल कण त्वरक (पार्टिकल एक्सेलेरेटर) की आवश्यकता के, स्वयं अंतरिक्ष की गहरी संरचना की एक दुर्लभ झलक प्रदान करता।
स्वतंत्र शोधकर्ता यू वू (Yu Wu) द्वारा किया गया एक हालिया अध्ययन इस संभावना की जांच करने के लिए दो बहुत ही अलग प्रकार के प्रयोगों का परीक्षण करता है: एक जो निर्वात (वैक्यूम) में दो धातु की प्लेटों के बीच सूक्ष्म खिंचाव को मापता है, और दूसरा जो छोटे अर्धचालक द्वीपों (सेमीकंडक्टर आइलैंड्स) के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों के टनलिंग को देखता है। दोनों प्रयोग, जो उच्च सटीकता के साथ किए गए थे, ने उनके डेटा में एक अजीब, दोहराव वाली लय प्रकट की। शोधकर्ताओं ने पाया कि एक सुसंगत पैटर्न है जो हर 5.76 नैनोमीटर पर दोहराया जाता है। यह कोई यादृच्छिक उतार-चढ़ाव नहीं है; यह विभिन्न प्रयोगशालाओं, विभिन्न सामग्रियों और बोसोनिक बलों एवं फर्मिओनिक परिवहन (फर्मीओनिक ट्रांसपोर्ट) से जुड़ी प्रणालियों में कई डेटासेट में दिखाई देता है। सिग्नल इतना मजबूत है कि यह मानक मॉडलों की तुलना में डेटा फिट की सटीकता को 60 प्रतिशत से अधिक सुधार देता है, जो यह सुझाव देता है कि कुछ वास्तविक और भौतिक इस नियमितता का कारण है।
इसे नई भौतिकी की खोज घोषित करने से पहले, वैज्ञानिक पद्धति यह मांग करती है कि प्रत्येक संभावित साधारण स्पष्टीकरण को खारिज किया जाए। वू का शोधपत्र उन साधारण कारणोंों की एक व्यवस्थित खोज है। शोधकर्ता ने उन ज्ञात भौतिक तंत्रों की एक लंबी सूची की जांच की जो इस पैमाने पर दोहराव वाले पैटर्न बना सकते थे। इसमें वे तरीके शामिल थे जिनसे इलेक्ट्रॉन किसी सामग्री में अशुद्धियों से टकराते हैं, स्वयं क्रिस्टल जाली (क्रिस्टल लैटिस) के कंपन, उपयोग की गई सतहों की खुरदरापन, और यहाँ तक कि सूक्ष्म उपकरणों में विद्युत आवेशों के जटिल तरीके भी शामिल थे। प्रत्येक उम्मीदवार के लिए, शोधकर्ता ने यह जांचा कि क्या वह सिग्नल की तीन विशिष्ट विशेषताओं की व्याख्या कर सकता है: कि पैटर्न सामग्री के उपयोग के बावजूद बिल्कुल समान दूरी पर दोहराता है (विशेष रूप से GaAs और Si के लिए पुष्टि की गई), कि यह तापमान परिवर्तन के साथ नहीं बदलता है (समान प्रणालियों में तापमान-स्वतंत्र परिवहन स्पेक्ट्रा की पूर्व रिपोर्टों के अनुरूप), और कि यह बल माप और इलेक्ट्रॉन परिवहन डेटा दोनों में दिखाई देता है।
विश्लेषण में पाया गया कि प्रत्येक पारंपरिक स्पष्टीकरण विफल रहा। उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन अंतःक्रियाओं से उत्पन्न पैटर्न बदल जाएगा यदि सामग्री में इलेक्ट्रॉनों का घनत्व बदलता है, लेकिन देखा गया रिदम स्थिर रहा। सतह की खुरदरापन या क्रिस्टल तनाव (स्ट्र्रेन) से उत्पन्न पैटर्न एक नमूने से दूसरे नमूने में भिन्न होगा, फिर भी विभिन्न प्रयोगशालाओं और विभिन्न प्रकार के अर्धचालकों में यह लय एक समान थी। सामग्री के कंपन, जो तापमान पर बहुत अधिक निर्भर करते हैं, यह समझाने में विफल रहे कि पैटर्न क्रायोजेनिक तापमान से लेकर कमरे के तापमान तक क्यों समान रहा। इन प्रभावों के सबसे जटिल संयोजनों को भी खारिज कर दिया गया, क्योंकि उन्हें सभी विभिन्न प्रयोगों में पूरी तरह से संरेखित होने के लिए एक असंभव स्तर के संयोग की आवश्यकता होगी।
अध्ययन ने दो प्रकार के प्रयोगों के बीच एक आश्चर्यजनक संबंध भी नोट किया। बल माप में दोहराव वाला पैटर्न, इलेक्ट्रॉन माप में पैटर्न से ठीक दोगुना लंबा था। दो का यह कारक (फैक्टर-ऑफ-टू) अंतर उन सिद्धांतों का एक विशिष्ट अनुमान है जो सुझाव देते हैं कि अंतरिक्ष असतत (डिस्क्रीट) है, जहाँ प्रकाश के कणों के नियम पदार्थ के कणों के नियमों से थोड़े भिन्न होते हैं। कोई भी ज्ञात मानक भौतिक तंत्र यह समझाने में सक्षम नहीं है कि दो पूरी तरह से अलग प्रणालियाँ इस सटीक गणितीय संबंध के साथ एक ही मौलिक लय क्यों दिखाएंगी।
सभी ज्ञात कारणों को खारिज करते हुए, शोधपत्र यह निष्कर्ष निकालता है कि 5.76 नैनोमीटर की आवधिकता (पेरियोडिसिटी) की व्याख्या वर्तमान भौतिकी द्वारा नहीं की जा सकती है। साक्ष्य एक नई घटना की ओर इशारा करते हैं, जो संभवतः इस पैमाने पर अंतरिक्ष की दानेदार संरचना का संकेत है। निष्कर्ष सांख्यिकीय रूप से मजबूत हैं, जो कई स्वतंत्र परीक्षणों द्वारा पुष्ट हैं जो दिखाते हैं कि सिग्नल कोई गलती या यादृच्छिक आर्टिफैक्ट नहीं है। हालांकि यह अध्ययन निश्चित रूप से यह सिद्ध नहीं करता है कि इसका कारण क्या है, लेकिन इसने सफलतापूर्वक नए सिद्धांतों के लिए मार्ग प्रशस्त किया है क्योंकि पुराने सिद्धांत डेटा के साथ मेल नहीं खाते हैं। वैज्ञानिक समुदाय के लिए अगला कदम इस विशिष्ट पैमाने का और भी अधिक सटीकता के साथ परीक्षण करने के लिए नए प्रयोगों को डिजाइन करना है, यह देखने के लिए कि क्या यह छिपा हुआ रिदम हर स्थिति में सत्य रहता है।
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