कॉन्स्टनज़ विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने एक ऐसी विधि विकसित की है जो लगभग पांच एटोसेकंड तक चलने वाले इलेक्ट्रॉन दालों को उत्पन्न करने के लिए फेमटोसेकंड फ्लैश का उपयोग करती है। यह सफलता प्रकाश तरंगों की तुलना में उच्च समय रिज़ॉल्यूशन प्रदान करती है, जिससे परमाणु प्रतिक्रियाओं जैसी अल्ट्राफास्ट घटनाओं को देखने का मार्ग प्रशस्त होता है। यह भौतिकविदों द्वारा निर्मित अब तक के सबसे छोटे संकेतों में से एक है।
प्रकृति में आणविक या ठोस-अवस्था प्रक्रियाएं कभी-कभी समय के पैमाने पर फेमटोसेकंड (एक सेकंड का चार अरबवां हिस्सा) या एटोसेकंड (एक सेकंड का पांच अरबवां हिस्सा) जितनी छोटी हो सकती हैं। परमाणु प्रतिक्रियाएँ और भी तेज़ होती हैं। अब, कोन्स्टानज़ विश्वविद्यालय के वैज्ञानिक मैक्सिम त्सरेव, जोहान्स थर्नर और पीटर बॉम एटोसेकंड अवधि के संकेतों को प्राप्त करने के लिए एक नए प्रयोगात्मक सेटअप का उपयोग कर रहे हैं, यानी एक नैनोसेकंड का एक अरबवां हिस्सा, अल्ट्राफास्ट घटना के क्षेत्र में नई संभावनाएं खोल रहा है।
यहां तक कि प्रकाश तरंगें भी ऐसे समय रिज़ॉल्यूशन को प्राप्त नहीं कर सकती हैं क्योंकि एक दोलन में बहुत अधिक समय लगता है। इलेक्ट्रॉन एक उपाय हैं, क्योंकि वे अस्थायी समाधान में काफी सुधार कर सकते हैं। अपने प्रायोगिक सेटअप में, कॉन्स्टैन्ज़ शोधकर्ताओं ने एक फ्री-स्पेस बीम में इलेक्ट्रॉनों की बेहद छोटी दालों को उत्पन्न करने के लिए लेजर से फेमटोसेकंड फ्लैश की एक जोड़ी का उपयोग किया। निष्कर्ष नेचर फिजिक्स पत्रिका में प्रकाशित हुए थे।
वैज्ञानिक ऐसा कैसे करते हैं?
पानी की तरंगों के समान, प्रकाश तरंगें भी खड़ी या यात्रा करने वाली तरंगों के शिखर और गर्त बनाने के लिए आरोपित हो सकती हैं। भौतिकविदों ने आपतन और आवृत्ति के कोण को चुना ताकि निर्वात में प्रकाश की आधी गति से यात्रा करने वाले गुंजयमान इलेक्ट्रॉन ठीक उसी गति से यात्रा करने वाली प्रकाश तरंगों के शिखर और गर्त के साथ ओवरलैप हो जाएं। तथाकथित "सोच गति" इलेक्ट्रॉनों को अगली तरंग गर्त की दिशा में धकेलती है। इसलिए, एक संक्षिप्त बातचीत के बाद, बेहद छोटी इलेक्ट्रॉन दालों की एक श्रृंखला उत्पन्न होती है - विशेष रूप से पल्स अनुक्रम के बीच में, जहां विद्युत क्षेत्र बहुत मजबूत होता है।
थोड़े समय के लिए, इलेक्ट्रॉन पल्स केवल पांच एटोसेकंड तक रहता है। इस प्रक्रिया को समझने के लिए, शोधकर्ताओं ने संपीड़न के बाद इलेक्ट्रॉनों के वेग वितरण को मापा। भौतिक विज्ञानी जोहान्स टूरनर बताते हैं: "आउटपुट पल्स की गति बहुत समान नहीं है, लेकिन इसका वितरण बहुत व्यापक है, जो संपीड़न प्रक्रिया के दौरान कुछ इलेक्ट्रॉनों के मजबूत मंदी या त्वरण का परिणाम है। और क्या: यह वितरण सुचारू नहीं है। इसके बजाय, इसमें हजारों वेग चरण होते हैं, क्योंकि प्रकाश कणों के जोड़े की केवल एक पूर्णांक संख्या ही एक समय में इलेक्ट्रॉनों के साथ बातचीत कर सकती है।"
शोध महत्व
वैज्ञानिक ने कहा कि क्वांटम यांत्रिक दृष्टिकोण से, यह अलग-अलग समय पर समान त्वरण का अनुभव करने के बाद इलेक्ट्रॉनों का स्वयं के साथ सुपरपोजिशन (हस्तक्षेप) है। यह प्रभाव क्वांटम यांत्रिक प्रयोगों से संबंधित है - जैसे कि प्रकाश के साथ इलेक्ट्रॉनों की परस्पर क्रिया।
यह भी उल्लेखनीय है कि प्रकाश की किरणों की तरह समतल विद्युत चुम्बकीय तरंगें आमतौर पर निर्वात में इलेक्ट्रॉनों में स्थायी वेग परिवर्तन प्रेरित करने में असमर्थ होती हैं, क्योंकि शून्य विश्राम द्रव्यमान वाले बड़े इलेक्ट्रॉनों और प्रकाश कणों (फोटॉन) की कुल ऊर्जा और कुल गति स्थिर नहीं रह सकती है। हालाँकि, इस समस्या को प्रकाश की गति (कैपिज़ा-डिराक प्रभाव) से धीमी तरंग में दो फोटॉन की एक साथ उपस्थिति से हल किया जा सकता है।
कोन्स्टान्ज़ विश्वविद्यालय में भौतिक विज्ञान के प्रोफेसर और लाइट एंड मैटर ग्रुप के प्रमुख पीटर बॉम के लिए, ये परिणाम स्पष्ट रूप से अभी भी बुनियादी शोध हैं, लेकिन वह भविष्य के शोध के लिए विशाल क्षमता पर जोर देते हैं: "यदि किसी सामग्री को अलग-अलग समय अंतराल पर हमारे दो छोटे पल्स द्वारा झटका दिया जाता है, तो पहला पल्स परिवर्तन उत्पन्न कर सकता है और दूसरा पल्स अवलोकन के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है - एक कैमरे के फ्लैश के समान।"
उनका मानना है कि सबसे बड़ा लाभ यह है कि प्रायोगिक सिद्धांत में कोई सामग्री शामिल नहीं है, और सब कुछ मुक्त स्थान में आयोजित किया जाता है। सिद्धांत रूप में, भविष्य में मजबूत संपीड़न के लिए किसी भी शक्ति के लेजर का उपयोग किया जा सकता है। बॉम ने कहा, "हमारी नई दो-फोटॉन निचोड़ने की तकनीक हमें समय के नए आयामों में प्रवेश करने और यहां तक कि परमाणु प्रतिक्रिया प्रक्रियाओं को फिल्माने की अनुमति देती है।"