सार:
यूरोपीय एक्सएफईएल (यूरोपीय एक्सएफईएल) अनुसंधान टीम ने घोषणा की कि उन्होंने सफलतापूर्वक केवल 300 एटोसेकंड तक चलने वाला एक अल्ट्रा-शॉर्ट हार्ड एक्स-रे फ्लैश उत्पन्न किया, और तीव्रता और ऊर्जा घनत्व के मामले में ऐसे पल्स के लिए विश्व रिकॉर्ड बनाया। इस परिणाम से वैज्ञानिकों को अभूतपूर्व सटीकता के साथ परमाणुओं और अणुओं के अंदर इलेक्ट्रॉनों के गतिशील व्यवहार का निरीक्षण करने में मदद मिलने की उम्मीद है। प्रासंगिक शोध परिणाम "ऑप्टिका" में प्रकाशित किए गए हैं।
वैज्ञानिकों ने लंबे समय से परमाणुओं और अणुओं में इलेक्ट्रॉनों की गति को समझने की आशा की है, ताकि रासायनिक प्रतिक्रियाओं की गहरी समझ हासिल की जा सके और भविष्य में इलेक्ट्रॉन व्यवहार पर सक्रिय नियंत्रण भी हासिल किया जा सके। इलेक्ट्रॉनों की गति का अध्ययन करने के लिए एक्स-रे एक महत्वपूर्ण उपकरण है, लेकिन उच्च-ऊर्जा विकिरण स्वयं भी परीक्षण किए जा रहे नमूने को बदल सकता है, इसलिए शोधकर्ताओं को नमूने में ध्यान देने योग्य परिवर्तन होने से पहले पर्याप्त जानकारी प्राप्त करनी चाहिए।
इस प्रयोग में, अनुसंधान टीम ने एक्स-रे पल्स को एक बेहद छोटे क्षेत्र पर केंद्रित किया, जो एक सामान्य मानव बाल के क्रॉस-सेक्शन का लगभग एक लाखवां हिस्सा है। प्रत्येक पल्स लगभग 300 एटोसेकंड तक रहता है, जो एक सेकंड के अरबवें का केवल एक अरबवां हिस्सा है। यह प्रयोग अप्रैल 2026 में यूरोपीय एक्सएफईएल सुविधा के एमआईडी प्रायोगिक स्टेशन पर बेहद कम तरंग दैर्ध्य के साथ कठोर एक्स-रे का उपयोग करके पूरा किया गया था।
अनुसंधान में भाग लेने वाले जर्मन इलेक्ट्रॉन सिंक्रोट्रॉन सेंटर (DESY) के वैज्ञानिक यान जियावेई ने कहा कि टीम ने कुछ साल पहले टेरावाट-स्तर के हार्ड एक्स-रे एटोसेकंड पल्स का प्रदर्शन किया था, लेकिन मजबूत पल्स उत्पन्न करना केवल पहला कदम है। वास्तव में जो महत्वपूर्ण है वह इस ऊर्जा को प्रायोगिक नमूने तक प्रभावी ढंग से पहुंचाने में सक्षम होना है। इस सफलता के साथ, वैज्ञानिक एक्स-रे और पदार्थ के बीच अत्यधिक गैर-रेखीय संपर्क का अध्ययन करने के लिए एटोसेकंड-स्तरीय एक्स-रे का उपयोग करने में सक्षम हो गए हैं।
अत्यधिक फोकस प्राप्त करने के लिए, शोधकर्ताओं ने जापान से एक उन्नत किर्कपैट्रिक-बेज़ ऑप्टिकल सिस्टम (एकेबी) का उपयोग किया। प्रत्येक एक्स-रे पल्स चार प्रतिबिंबों से गुजरती है, जिसमें दो अति-उच्च परिशुद्धता दर्पण क्रमशः ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज फोकसिंग के लिए जिम्मेदार होते हैं। अंततः, एक्स-रे को केवल 180 x 330 नैनोमीटर के एक छोटे फोकल क्षेत्र में संपीड़ित किया जाता है।
पल्स ऊर्जा, अवधि और फोकस आकार की गणना के आधार पर, अनुसंधान टीम ने अनुमान लगाया कि इसकी चरम तीव्रता 10²⁰W प्रति वर्ग सेंटीमीटर से अधिक थी। टोक्यो विश्वविद्यालय के एक शोधकर्ता इचिरो इनौए ने कहा कि यह परिणाम तीव्रता और ऊर्जा प्रवाह के मामले में हार्ड एक्स-रे एटोसेकंड पल्स के विश्व रिकॉर्ड को तोड़ देता है। उनमें से, ऊर्जा प्रवाह का उपयोग प्रति इकाई क्षेत्र में प्राप्त ऊर्जा को मापने के लिए किया जाता है, जबकि तीव्रता यह दर्शाती है कि यह ऊर्जा कितनी जल्दी जारी होती है।
इस गणना को सत्यापित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने तांबे की पन्नी के नमूनों पर इन अति-तीव्र दालों को विकिरणित किया। एक्स-रे तांबे के परमाणुओं के गहरे आंतरिक आवरण से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालते हैं, जिससे इलेक्ट्रॉन रिक्तियां बनती हैं। जब अन्य इलेक्ट्रॉन इन रिक्तियों को भरते हैं, तो नया एक्स-रे विकिरण निकलता है। पर्याप्त उच्च तीव्रता पर, ये विकिरण अन्य उत्तेजित तांबे के परमाणुओं को एक ही दिशा में अधिक एक्स-रे उत्सर्जित करने के लिए प्रेरित कर सकते हैं, जिससे सिग्नल प्रवर्धन प्राप्त करने के लिए प्रवर्धित सहज उत्सर्जन (एएसई) के रूप में जाना जाने वाली घटना पैदा होती है।
एमआईडी एक्सपेरिमेंट स्टेशन के प्रमुख एंडर्स मैडसेन ने कहा कि इस घटना को देखना लगभग जादुई जैसा लगता है। सामान्य प्रतिदीप्ति सभी दिशाओं में उत्सर्जित होती है, चाहे आपतित किरण की दिशा कुछ भी हो; जब एएसई सीमा पार हो जाती है, तो शोधकर्ता स्पष्ट रूप से किरण को धीरे-धीरे सिकुड़ते और आगे की दिशा में केंद्रित होते हुए देख सकते हैं।
प्रायोगिक परिणाम बताते हैं कि जैसे-जैसे पल्स ऊर्जा बढ़ती है, एएसई सिग्नल शुरू में तेजी से बढ़ता है और फिर उच्च ऊर्जा पर संतृप्त हो जाता है। शोधकर्ताओं ने बताया कि यह संतृप्ति घटना केवल अत्यधिक उच्च एक्स-रे तीव्रता पर होती है, इस प्रकार पहले से गणना की गई अल्ट्रा-उच्च तीव्रता का स्वतंत्र सत्यापन प्रदान करती है।
यूरोपीय एक्सएफईएल ने 2027 की शुरुआत में अपना खुद का एकेबी फोकसिंग सिस्टम प्राप्त करने और स्थापित करने की योजना बनाई है। शोधकर्ताओं ने कहा कि सिस्टम स्थापित होने और डिबग होने के बाद, दुनिया भर की वैज्ञानिक अनुसंधान टीमें उसी छोटे और शक्तिशाली एक्स-रे फ्लैश को प्राप्त करने के लिए एमआईडी प्रायोगिक स्टेशन का उपयोग करने में सक्षम होंगी, जिससे अल्ट्राफास्ट भौतिकी, सामग्री विज्ञान, रासायनिक प्रतिक्रिया कैनेटीक्स और नॉनलाइनियर एक्स-रे वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए नई संभावनाएं खुल जाएंगी।
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