एक क्वांटम सफलता: भौतिक विज्ञानी अब अल्पकालिक नाभिक के अंदर

अर्नेस्ट रदरफोर्ड, हंस गीगर और अर्नेस्ट मार्सडेन नाम के तीन शोधकर्ताओं ने लगभग 150 साल पहले एक पतली सोने की पन्नी को विकिरण के संपर्क में लाया था। उन्होंने पाया कि प्रत्येक परमाणु का एक सघन केंद्र होता है जहाँ उसका द्रव्यमान और धनात्मक आवेश केंद्रित होता है। यह जानकारी इस बात पर आधारित थी कि पन्नी में परमाणुओं द्वारा किरणें कैसे विक्षेपित की गईं।

रॉबर्ट हॉफ़स्टैटर ने सत्तर साल पहले इलेक्ट्रॉनों के साथ छोटी फ़ॉइल पर हमला करने वाली टीम का निरीक्षण किया था। इलेक्ट्रॉनों की बढ़ी हुई ऊर्जा ने उन्हें नाभिक की 'जांच' करने में सक्षम बनाया। टीम यह निर्धारित करने में सक्षम थी कि इन अंतःक्रियाओं के परिणामस्वरूप नाभिक के अंदर चुंबकीय क्षेत्र और आवेश कैसे व्यवस्थित होते थे।

प्रत्येक उदाहरण में, भौतिकविदों ने स्थिर परमाणुओं के अंदर और फिर उनके नाभिक के अंदर 'देखने' के लिए अन्य कणों का उपयोग किया।

एक ऐसे सेटअप का प्रदर्शन करके जो अस्थिर नाभिकों के अंदर इलेक्ट्रॉन प्रकीर्णन को 'देखने' के लिए नियोजित कर सकता है, जिसमें वे भी शामिल हैं जो स्वाभाविक रूप से उत्पन्न नहीं होते हैं, जापान में रिकेन निशिना सेंटर फॉर एक्सेलेरेटर-आधारित विज्ञान के शोधकर्ताओं ने अब इस परंपरा में एक महत्वपूर्ण प्रगति की है।

वैज्ञानिकों ने पहले इलेक्ट्रॉनों को यूरेनियम कार्बाइड के एक टुकड़े में तोड़ने से पहले एक कण त्वरक में सक्रिय किया। इसके परिणामस्वरूप सीज़ियम-137 आयनों, या इलेक्ट्रॉनों से रहित परमाणुओं की एक धारा उत्पन्न हुई। इस सीज़ियम आइसोटोप का आधा जीवन लगभग 30 वर्ष है।

क्योटो यूनिवर्सिटी के इंस्टीट्यूट फॉर केमिकल रिसर्च के एसोसिएट प्रोफेसर और अध्ययन के पेपर के पहले लेखक क्यो त्सुकादा ने द हिंदू को बताया, "सभी सिस्टम वैक्यूम पाइप से जुड़े हुए हैं और यह प्रक्रिया कम समय में पूरी हो जाती है।" “यह तकनीक अल्पकालिक नाभिक के लिए विकसित की गई है। यदि कोई केवल लंबे समय तक जीवित रहने वाले नाभिक में रुचि रखता है, तो अन्य तरीके भी हो सकते हैं - उदाहरण के लिए, रेडियोधर्मी आइसोटोप के रासायनिक पृथक्करण का उपयोग करना।

SCRIT प्रणाली, जिसका अर्थ है "स्वयं-परिभाषित रेडियोधर्मी-आइसोटोप आयन लक्ष्य," तब आयनों द्वारा दौरा किया गया था।

डॉ. त्सुकाडा ने कहा, "यह विधि हमें आयनों और...इलेक्ट्रॉनों के बीच विद्युत आकर्षक बल का उपयोग करके लक्ष्य आयनों को इलेक्ट्रॉन बीम के साथ तीन आयामों में फंसाने में सक्षम बनाती है।" परिणामी "लक्ष्य आयनों और इलेक्ट्रॉन किरण के बीच ओवरलैप बहुत अच्छा है।"

इस "ओवरलैप" के कारण, इस बात की काफ़ी संभावना थी कि इलेक्ट्रॉन और आयन टकराएँगे। डॉ. त्सुकाडा का दावा है कि SCRIT ने वैज्ञानिकों को कम से कम 108 सीज़ियम-137 आयनों के साथ इसे पूरा करने में सक्षम बनाया। SCRIT के बिना उन्हें एक ट्रिलियन गुना अधिक की आवश्यकता होती।

डॉ. त्सुकाडा ने कहा, "इसके अलावा, हमने हाल ही में एक आयन बीम पीढ़ी और बीम-स्टैकिंग प्रणाली विकसित की है जो हमें यूरेनियम के फोटो-विखंडन के तुरंत बाद स्पंदित बीम के रूप में सीज़ियम-137 अस्थिर नाभिक को निकालने में सक्षम बनाती है।"

इलेक्ट्रॉन-आयन अंतःक्रिया की जांच इसके बाद आई।

जब प्रकाश एक छोटे, गोलाकार छेद के माध्यम से चमकता है तो विपरीत दीवार पर प्रकाश और अंधेरे पैच का एक संकेंद्रित चक्र दिखाई देगा। यह इस तथ्य के कारण है कि जैसे ही एक प्रकाश तरंग छेद के माध्यम से यात्रा करती है, तरंग के विभिन्न घटक एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप करने के लिए मजबूर होते हैं, जिससे दीवार पर विशिष्ट हस्तक्षेप पैटर्न उत्पन्न होता है।

एक इलेक्ट्रॉन और एक परमाणु के नाभिक के बीच परस्पर क्रिया के कारण इलेक्ट्रॉन एक तरंग की तरह व्यवहार करने लगता है। इलेक्ट्रॉन तरंगें बिखरने के बाद एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप करती हैं। वैज्ञानिकों ने चुंबकीय स्पेक्ट्रोमीटर नामक उपकरण का उपयोग करके आगामी हस्तक्षेप पैटर्न को पकड़ लिया। इस माप तकनीक के दो लाभ हैं।

कणों की परस्पर क्रिया जटिल हो सकती है। उदाहरण के लिए, शोधकर्ता यूरोप में लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में भारी मात्रा में प्रोटॉन-प्रोटॉन टकराव डेटा का विश्लेषण करने के लिए सुपर कंप्यूटर और अत्याधुनिक एल्गोरिदम का उपयोग करते हैं। हालाँकि, चूँकि वह सिद्धांत जो इलेक्ट्रॉनों से जुड़ी अंतःक्रियाओं का वर्णन करता है, बेहतर ज्ञात है, ये अंतःक्रियाएँ काफी हद तक "स्वच्छ" हैं। किसी नाभिक के बारे में जानकारी प्राप्त करने के लिए इलेक्ट्रॉनों के हस्तक्षेप पैटर्न का भी अधिक आसानी से उपयोग किया जाता है। सबसे पहला फायदा तो ये है.

दूसरा यह है कि इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा में बदलाव करके, शोधकर्ता कणों की परस्पर क्रिया को रोक सकते हैं जो अधिक जटिल परिकल्पनाओं को जन्म देगी।