Attosecond correlation interferometry
यह शोध पत्र दो-मोड ब्राइट स्क्वीज़्ड वैक्यूम से इन्फ्रारेड क्वांटम सहसंबंधों को हाई-हारमोनिक जनरेशन में स्थानांतरित करके सहसंबद्ध एटोसेकंड एक्सट्रीम-अल्ट्रावॉयलेट उत्सर्जन के सृजन और लक्षण वर्णन को प्रदर्शित करता है, जो इवेन-हारमोनिक इंटरफेरोमेट्री के माध्यम से आयाम और चरण सहसंबंधों के सब-साइकिल रिज़ॉल्यूशन को सक्षम बनाता है और 30 एटोसेकंड के भीतर संयुक्त उतार-चढ़ाव (जॉइंट फ्लक्चुएशन) में निकट-मौन (नियर-साइलेंस) की ओर संक्रमण को प्रकट करता है।
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प्रकाश केवल एक ऐसी किरण नहीं है जो कमरे को रोशन करती है; यह फोटॉन नामक कणों की एक धारा है जिन्हें इस तरह से एक साथ जोड़ा जा सकता है जो हमारी रोजमर्रा की सहज बुद्धि को चुनौती देता है। जब ये फोटॉन एक साथ उत्पन्न होते हैं, तो वे एक गुप्त संबंध साझा करते हैं, जिसका अर्थ है कि एक में होने वाला परिवर्तन दूसरे को तुरंत प्रभावित करता है, चाहे उनके बीच की दूरी कितनी भी हो। वैज्ञानिकों ने लंबे समय से इन जुड़े हुए जोड़ों का उपयोग अत्यंत सटीक सेंसर और सुरक्षित संचार प्रणालियाँ बनाने के लिए किया है, लेकिन उन्होंने मुख्य रूप से इनका अध्ययन उस प्रकाश का उपयोग करके किया है जो फेम्टोसेकंड के समय पैमाने पर अपेक्षाकृत धीरे दोलन करता है। यह अभी भी अविश्वसनीय रूप से तेज़ है, फिर भी यह परमाणुओं के भीतर इलेक्ट्रॉनों की उन्मत्त, सब-साइकिल गति को पकड़ने के लिए बहुत धीमा है। इलेक्ट्रॉन एटोसेकंड के समय पैमाने पर चलते हैं, जो समय की एक इतनी संक्षिप्त इकाई है कि एक सेकंड में उनके बीस खरब (एक बिलियन बिलियन) समा सकते हैं। दशकों से, चुनौती इतनी अत्यधिक गति पर इन क्वांटम संबंधों को बनाने और मापने की रही है, जो एक ऐसा कार्य है जिसके लिए ऐसे उपकरणों की आवश्यकता है जो बिना तस्वीर को धुंधला किए इलेक्ट्रॉनों के अदृश्य नृत्य को देख सकें।
इजराइल के वीज़मैन इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस और टेक्निऑन के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब इस पहेली को सुलझाने की दिशा में एक बड़ा कदम उठाया है। उन्होंने सफलतापूर्वक कुछ सौ एटोसेकंड तक चलने वाले अत्यधिक पराबैंगनी (एक्सट्रीम अल्ट्रावॉयलेट) प्रकाश स्पंदों में क्वांटम सहसंबंधों को उत्पन्न और मापा। ऐसा करने के लिए, उन्होंने 'हाई-हारमोनिक जनरेशन' नामक एक प्रक्रिया में शामिल एक चतुर युक्ति का उपयोग किया, जहाँ एक शक्तिशाली लेजर बीम को गैस में छोड़ा जाता है, जिससे परमाणु उच्च-ऊर्जा वाले प्रकाश के विस्फोट छोड़ते हैं। इस प्रयोग में, शोधकर्ताओं ने केवल एक मानक लेजर बीम का उपयोग नहीं किया; उन्होंने प्रकाश का एक दूसरा, कमजोर क्षेत्र जोड़ा जिसमें जुड़े हुए फोटॉनों के जोड़े थे। यह विशेष प्रकाश क्षेत्र, जिसे 'टू-मोड ब्राइट स्क्वीज्ड वैक्यूम' के रूप में जाना जाता है, गैस में परमाणुओं के लिए एक सूक्ष्म धक्के (नज) के रूप में कार्य करता था। जैसे ही परमाणुओं ने इस धक्के के प्रति प्रतिक्रिया दी, उन्होंने अत्यधिक पराबैंगनी प्रकाश के विस्फोट उत्सर्जित किए जो मूल इन्फ्रारेड प्रकाश के समान गुप्त संबंध वहन करते थे, जिससे प्रभावी रूप से क्वांटम लिंक को धीमी, परिचित गति से इलेक्ट्रों की तीव्र गति तक अनुवादित किया गया।
शोधकर्ताओं को एक महत्वपूर्ण बाधा का सामना करना पड़ा: उनके द्वारा बनाए गए प्रकाश स्पंद अराजक थे, जिनकी चमक और समय एक विस्फोट से दूसरे विस्फोट के बीच बेतहाशा उतार-चढ़ाव कर रहे थे। यदि वे केवल एक जुड़े हुए चैनल से प्रकाश को देखते, तो संकेत यादृच्छिक शोर (रैंडम नॉइज़) के रूप में दिखाई देता, जो किसी भी अंतर्निहित पैटर्न को छिपा देता। हालाँकि, दोनों चैनलों से प्रकाश को एक साथ मापकर, वे छिपे हुए क्रम को देख सके। उन्होंने पाया कि जबकि व्यक्तिगत स्पंद शोर भरे थे, एक चैनल में उतार-चढ़ाव दूसरे में होने वाले उतार-चढ़ाव के बिल्कुल समान थे। यह वैसा ही था जैसे दो लोग यादृच्छिक शब्द चिल्ला रहे हों, लेकिन यदि आप उन्हें एक साथ सुनते हैं, तो उनकी आवाजें शोर को खत्म कर देती हैं, जिससे एक स्पष्ट, सिंक्रोनाइज्ड लय प्रकट होती है। इसने टीम को यह साबित करने की अनुमति दी कि क्वांटम सहसंबंध इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम, जहाँ वे उत्पन्न हुए थे, से लेकर अत्यधिक पराबैंगनी स्पेक्ट्रम तक की यात्रा में जीवित रहे, जहाँ प्रकाश के स्पंद इलेक्ट्रॉन की गति को ट्रैक करने के लिए पर्याप्त छोटे होते हैं।
यह पुष्टि करने के लिए कि ये संबंध केवल चमक के बारे में नहीं थे बल्कि प्रकाश तरंगों के सटीक समय के बारे में भी थे, टीम ने उनके द्वारा उत्पन्न प्रकाश के एक अद्वितीय गुण का उपयोग किया। लेजर और गैस के बीच की परस्पर क्रिया ने एक विशिष्ट प्रकार का प्रकाश स्पंद उत्पन्न किया जो केवल तभी दिखाई देता है जब दोनों जुड़े हुए चैनल एक सटीक तरीके से एक साथ काम करते हैं। मुख्य लेजर और जुड़े हुए प्रकाश के बीच के समय को सावधानीपूर्वक समायोजित करके, उन्होंने इन विशेष स्पंदों की तीव्रता को एक लयबद्ध पैटर्न में ऊपर-नीचे होते देखा। इस दोलन ने सिद्ध किया कि दोनों चैनल न केवल शक्ति में जुड़े हुए थे बल्कि चरण (फेज) में भी लॉक थे, जिसका अर्थ है कि उनके तरंग शिखर और गर्त (पीक्स और ट्रफ्स) एटोसेकंड की सटीकता के साथ सिंक्रोनाइज्ड थे। इस अवलोकन ने क्वांटम संबंध के प्रत्यक्ष माप के रूप में कार्य किया, जिससे पुष्टि हुई कि शोधकर्ताओं ने सफलतापूर्वक नाजुक क्वांटम संबंध को एक नए, अत्यंत तीव्र शासन (रेजीम) में स्थानांतरित कर दिया है।
सबसे आश्चर्यजनक परिणाम तब आया जब टीम ने समय में प्रकाश स्पंदों के वास्तविक आकार का पुनर्निर्माण किया। उन्होंने पाया कि जबकि व्यक्तिगत स्पंद यादृच्छिक उतार-चढ़ाव का एक ढेर थे, संयुक्त संकेत ने एक ऐसी संरचना प्रकट की जो संक्षिप्त क्षणों के लिए लगभग शांत थी, जिसके बाद तीव्र शोर के अचानक विस्फोट हुए। अराजकता से शांति तक का यह संक्रमण केवल 30 एटोसेकंड में हुआ। यह निष्कर्ष दर्शाता है कि क्वांटम सहसंबंध केवल एक सांख्यिकीय जिज्ञासा नहीं हैं बल्कि एक वास्तविक, भौतिक संरचना हैं जिसे नियंत्रित और देखा जा सकता है। इलेक्ट्रॉनों की प्राकृतिक समय सीमा पर इन सहसंबंधों को उत्पन्न करने और मापने की क्षमता विज्ञान के लिए एक नया द्वार खोलती है। यह सुझाव देता है कि भविष्य में, शोधकर्ता इन उपकरणों का उपयोग अणुओं और सामग्रियों के भीतर इलेक्ट्रॉन एक-दूसरे के साथ कैसे परस्पर क्रिया करते हैं, यह देखने के लिए कर सकते हैं, जो संभावित रूप से रासायनिक प्रतिक्रियाओं को नियंत्रित करने के नए तरीके या पदार्थ के सबसे बुनियादी स्तर पर इसके मौलिक व्यवहार को समझने के मार्ग खोल सकता है।
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