ஒற்றை அயனி மற்றும் அல்ட்ராகோல்ட் அணுக்களுக்கு இடையே நிகழ்வது யாது?

ஃப்ரீபர்க் பல்கலைக்கழகத்தில் உள்ள இயற்பியல் நிறுவனத்தில் அணு மற்றும் குவாண்டம் இயற்பியல் பேராசிரியரான பேராசிரியர் டாக்டர். டோபியாஸ் ஷாட்ஸ் தலைமையிலான குழு, டாக்டர் பாஸ்கல் வெக்கஸ்ஸர், ஃபேபியன் தீலெமன் மற்றும் சகாக்கள், முழுமையான பூஜ்ஜிய வெப்பநிலைக்கு அருகில் காந்த ஃபெஷ்பாக் அதிர்வுகளுக்கு இடையே காந்த ஃபெஷ்பாக் அதிர்வுகளை வெளிப்படுத்தினர். வெளிப்புற காந்தப்புலத்தின் வலிமையைப் பொறுத்து, அயனி மற்றும் அணுக்களின் விரிவாக்கத்தைக் கட்டுப்படுத்த முடியும் என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்டறிந்தனர். “இந்த அல்ட்ராகோல்ட் வெப்பநிலையில், துகள்களுக்கு இடையிலான மோதல்கள் அவற்றின் குவாண்டம் இயந்திர இயல்பை வெளிப்படுத்துகின்றன” என்று ஷாட்ஸ் விளக்குகிறார். “அலை-துகள் இரட்டைத்தன்மையின் குவாண்டம் இயந்திர பண்புகளைக் கட்டுப்படுத்துவதற்கான சாத்தியக்கூறுகளைப் பற்றி நாங்கள் இன்னும் கொஞ்சம் கற்றுக்கொள்கிறோம் என்பதை எங்கள் ஆராய்ச்சி காட்டுகிறது.” என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் கூறுகின்றனர். மேலும் குழு தங்கள் கண்டுபிடிப்புகளை நேச்சர் இதழில் வெளியிட்டது.

மிக்குறைந்த வெப்பநிலை

கிளாசிக்கல் இயற்பியலில், அணுக்கள் மற்றும் அயனிகளின் மூலக்கூறு உருவாக்கம் பொதுவாக வெப்பநிலை குறைவதன் மூலம் குறைகிறது, அது இறுதியாக குளிர்ச்சியடையும் வரை தனிப்பட்ட துகள்கள் அசையாமல் இருக்கும் மற்றும் மோதல் அல்லது எதிர்வினை ஏற்படாது. இருப்பினும், குவாண்டம் இயற்பியல் விதிகள் மிகக்குறைந்த வெப்பநிலையில், கிளாசிக்கல் விதிகளை விட குவாண்டம் விளைவுகள் ஆதிக்கம் செலுத்துகின்றன. மேலும் அணுக்கள் மற்றும் அயனிகளின் மோதல் திடீரென்று வெவ்வேறு விதிகளைப் பின்பற்றுகிறது. அலை-துகள் இருமை என்று அழைக்கப்படும் குவாண்டம் மண்டலத்தில், அல்ட்ராகோல்ட் வெப்பநிலை -273.15 டிகிரி செல்சியஸில் முழுமையான பூஜ்ஜியத்திற்கு சற்று மேலே – மோதல் விகிதங்கள் அதிகரிக்க வழிவகுக்கிறது. காரணம், துகள்களை இனி மோதும் கோளங்கள் என்று விவரிக்க முடியாது. ஆனால் அவை அலை பொட்டலங்கள் (wave packets) ஆகும்.

ஃபெஷ்பாக் (Feshbach) எதிரொலித்தல்

அலைகளின் மேற்பொருந்துதல் அதிர்வுகளுக்கு வழிவகுக்கிறது, இதை ஃப்ரீபர்க் ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஆய்வு செய்தனர். “மற்றவற்றுடன், பேரியம் அயனிகள் மற்றும் லித்தியம் அணுக்களுக்கு இடையே ஃபெஷ்பாக் அதிர்வுகளை ஒரு காந்தப்புலத்தின் உதவியுடன் அவற்றின் தொடர்பு செயல்முறைகளைக் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம் நாங்கள் கண்டறிந்தோம்,” என்கிறார் ஷாட்ஸ். ஃபெஷ்பாக் அதிர்வுகள் மெதுவான அணுக்களின் மோதல்களில் முன்பு நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளன. எவ்வாறாயினும், அயனியின் மின்னூட்டம் காரணமாக நடைமுறையில் உள்ள வலுவான தொடர்புகளின் குறிப்பிடத்தக்க வேறுபட்ட ஆட்சியில் ஆராய்ச்சி குழுவால் இப்போது அவ்வாறு செய்ய முடிந்தது. காந்தப்புலங்களைத் தவிர, விஞ்ஞானிகள் தங்கள் ஆய்வகத்தில் லேசர்-குளிரூட்டப்பட்ட அணுக்கள் மற்றும் அயனிகளை தனிமைப்படுத்த அல்ட்ராஹை வெற்றிடம் மற்றும் ஒளியால் செய்யப்பட்ட கூண்டுகளைப் பயன்படுத்தினர்.

“குவாண்டம் இயக்கவியல் பற்றிய அடிப்படை ஆராய்ச்சி இப்போது ஆய்வகத்தை விட்டு வெளியேறி நிஜ உலகிற்குள் நுழைகிறது. ஆய்வகத்தில் உள்ள சிறந்த நிலைமைகளின் கீழ் விளைவுகளைப் படிப்பதன் மூலம், அவற்றை நாம் நன்றாகப் புரிந்துகொண்டு, அவற்றைக் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட, பரந்த முறையில் பயன்படுத்த முடியும். திடப்பொருளில் மின்சுமை ஓட்டத்திற்கான புதிய வழிகளைக் கண்டறியும் வரை உந்துதல் மற்றும் இரசாயன எதிர்வினைகளின் செயல்திறனைக் கட்டுப்படுத்தும் மற்றும் அதிகரிக்கும்,” என்கிறார் ஷாட்ஸ்.

References:

• Weckesser, P., Thielemann, F., Wiater, D., Wojciechowska, A., Karpa, L., Jachymski, K., & Schaetz, T. (2021). Observation of Feshbach resonances between a single ion and ultracold atoms. arXiv preprint arXiv:2105.09382.
• Inouye, S., Andrews, M. R., Stenger, J., Miesner, H. J., Stamper-Kurn, D. M., & Ketterle, W. (1998). Observation of Feshbach resonances in a Bose–Einstein condensate. Nature, 392(6672), 151-154.
• Chung, W. C., de Hond, J., Xiang, J., Cruz-Colón, E., & Ketterle, W. (2021). Tunable Single-Ion Anisotropy in Spin-1 Models Realized with Ultracold Atoms. Physical Review Letters, 126(16), 163203.