भौतिकविदों ने हजारों परमाणुओं को “श्रोडिंगर की बिल्ली” अवस्था में डाल दिया है – जिसने क्वांटम अवस्था में देखी जाने वाली सबसे स्थूल वस्तु के रिकॉर्ड को तोड़ दिया है।
एक नए अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने 7,000 सोडियम परमाणुओं के नैनोकणों को एक सामंजस्यपूर्ण तरंग के रूप में कार्य करते हुए देखा, जो क्वांटम यांत्रिकी की अजीब दुनिया को नई सीमाओं तक धकेलता है। इस शोध के आधार पर, भविष्य के प्रयोग अंततः जैविक अणुओं को क्वांटम अवस्था में डाल सकते हैं, जिससे उनके भौतिक गुणों की जांच के नए तरीके खुलेंगे।
इधर भी और उधर भी
क्वांटम क्षेत्र में कण इधर और उधर दोनों हो सकते हैं। इस विचित्र घटना को क्वांटम सुपरपोजिशन के नाम से जाना जाता है।
क्वांटम भौतिक विज्ञानी इरविन श्रोडिंगर ने इसकी तुलना इससे की एक बिल्ली को एक सीलबंद डिब्बे में रखना जहर की एक शीशी के साथ जिसे रेडियोधर्मी स्रोत के क्षय होने पर छोड़ा जाना तय है, जिसका अर्थ है कि बॉक्स को सील करने के बाद किसी भी समय बिल्ली को मारा जा सकता है। यह बिल्ली को मृत और जीवित दोनों होने की सुपरपोज़िशन में डाल देता है। ऐसा तभी होता है जब बॉक्स खोला जाता है और बिल्ली को देखा जाता है कि सुपरपोजिशन ढह जाता है और बिल्ली को मृत या जीवित के रूप में परिभाषित किया जाता है।
अविश्वसनीय रूप से, क्वांटम पैमाने पर कण इसी तरह व्यवहार करते हैं; वे एक साथ कई स्थानों पर होते हैं और जब तक उन्हें देखा नहीं जाता तब तक वे कण और तरंग दोनों के रूप में कार्य करते हैं।
यह विचित्र दुनिया एक सवाल उठाती है: क्वांटम दुनिया और जिसे हम हर दिन देखते हैं, उसके बीच की सीमा कहाँ है? किस बिंदु पर एक कण तरंग की तरह कार्य करना शुरू कर देता है?
हम अपने चारों ओर क्वांटम सुपरपोजिशन नहीं देख पाते हैं, इसका कारण डीकोहेरेंस नामक प्रक्रिया है। यदि क्वांटम सुपरपोज़िशन में कोई चीज़ अपने पर्यावरण के साथ अंतःक्रिया करती है, तो वह विघटित हो जाएगी और अब यहाँ और वहाँ दोनों नहीं रहेगी; इसके बजाय, इसे एक ही स्थान पर बाध्य किया जाएगा। बड़ी वस्तुएं लगातार अपने पर्यावरण के साथ बातचीत कर रही हैं, इसलिए वे क्वांटम सुपरपोजिशन बनाए नहीं रख सकती हैं। इसलिए तरंग के रूप में कार्य करने वाले बड़े कणों को देखने का प्रयास करते समय वास्तविक चुनौती उन्हें अलग करना है ताकि वे एक सुसंगत क्वांटम सुपरपोजिशन में रह सकें।
हस्तक्षेप की तलाश की जा रही है
नए अध्ययन के लिए, पेडलिनो ने क्वांटम सुपरपोजिशन में सोडियम के बड़े नैनोकणों का निरीक्षण करने का प्रयास किया। ऐसा करने के लिए, उन्होंने और उनकी टीम ने कुछ ग्राम सोडियम को नैनोकणों की एक किरण में परिवर्तित किया, जिसका लक्ष्य उन्होंने एक संकीर्ण भट्ठा पर रखा।
यदि सोडियम नैनोकण क्वांटम सुपरपोजिशन में था, तो इसका मतलब यह होगा कि यह स्लिट से गुजरने के बाद एक लहर की तरह फैल गया। इसके बाद यह एक हस्तक्षेप पैटर्न उत्पन्न करेगा। हालाँकि, यदि यह विघटित हो जाता है और एक सामान्य कण की तरह कार्य करना शुरू कर देता है, तो सोडियम सीधे भट्ठा से गुजर जाएगा और टीम को एक सपाट रेखा दिखाई देगी।
पेडलिनो ने कहा, “दो साल से मैं सपाट रेखाएं देख रहा था।” “हम हस्तक्षेप पैटर्न को देखने की कोशिश कर रहे थे, लेकिन हमारे पास सपाट रेखाएं थीं। और अंत में, सपाट रेखा वास्तव में सहायक नहीं है, क्योंकि यह अनिर्णायक है।”
अंततः, डिटेक्टर पर जो एकल रेखा वे देख रहे थे वह चौड़ी हो गई और अचूक हस्तक्षेप पैटर्न बन गई जिसका मतलब था कि सोडियम नैनोकण कण और तरंग दोनों के रूप में व्यवहार कर रहे थे।
पेडलिनो ने कहा, “वह क्षण अविश्वसनीय था।” “बहुत रात हो चुकी थी, और मैंने अपने प्रोफेसर को फोन किया। और वह प्रयोगशाला में वापस आए, और हमने सुबह 3 बजे तक माप लिया, जब हमारा सोडियम खत्म हो गया।”
टीम ने सोडियम नैनोकणों की “मैक्रोस्कोपिसिटी” निर्धारित की – एक मात्रा जो बताती है कि एक क्वांटम वस्तु शास्त्रीय दुनिया में कितना दबाव डालती है – सोडियम नैनोकणों की, जो परिमाण के क्रम से मैक्रोस्कोपिसिटी के पिछले रिकॉर्ड को हरा देती है।
यह खोज भविष्य के प्रयोगों के लिए द्वार खोलती है जहां वैज्ञानिक संभवतः क्वांटम सुपरपोजिशन में वायरस या प्रोटीन जैसे जैविक पदार्थों का निरीक्षण कर सकते हैं। यह प्रयोग एक बड़े कदम का प्रतिनिधित्व करता है और इस अजीब क्वांटम घटना को वास्तविक दुनिया के करीब लाता है।
ब्रैंडन स्पेकटर
कोई भी मरी हुई बिल्ली के बारे में नहीं सोचना चाहता – तो श्रोडिंगर का विचार प्रयोग भौतिकी में इतना स्थायी क्यों है? आंशिक रूप से, ऐसा इसलिए है क्योंकि सुपरपोजिशन ब्रह्मांड की हमारी समझ में एक बड़ा अंतर प्रकट करता है।
दशकों के प्रयोगों से पता चलता है कि छोटे कण नियमों के एक सेट (क्वांटम यांत्रिकी) का पालन करते हैं, जबकि बड़ी संरचनाएं, जैसे तारे, आकाशगंगाएं और – हां – घरेलू बिल्लियां, दूसरे (आइंस्टीन की सापेक्षता) का पालन करती हैं। वैज्ञानिक लंबे समय से इन दोनों नियम सेटों को “हर चीज़ के सिद्धांत” में समेटने की कोशिश कर रहे हैं, लेकिन वे अब तक असफल रहे हैं। हालाँकि, हाल के शोध संकेत देते हैं कि श्रोडिंगर के समीकरणों में बदलाव समाधान का मार्ग प्रदान कर सकता है।
