सुर्ख़ियों में क्यों?
जॉन क्लार्क, मिशेल एच. डेवोरेट और जॉन एम. मार्टिनिस को एक इलेक्ट्रिक सर्किट में मैक्रोस्कोपिक क्वांटम यांत्रिक सुरंगन (Tunnelling) और ऊर्जा प्रमात्रीकरण (Energy quantisation) की खोज के लिए भौतिकी में 2025 का नोबेल पुरस्कार दिया गया है।
पृष्ठभूमि
- क्वांटम भौतिकी (Quantum Physics) सूक्ष्म स्तर पर कणों के व्यवहार से संबंधित है — जैसे परमाणु, इलेक्ट्रॉन और नाभिक।
- इस पैमाने पर, कण दोहरी प्रकृति (Dual nature) प्रदर्शित करते हैं, जो कणों और तरंगों दोनों की तरह व्यवहार करते हैं।
- इन कणों का तरंग जैसा व्यवहार कई दिलचस्प परिघटनाओं को जन्म देता है, जिनमें शामिल हैं:
- ऊर्जा और कोणीय संवेग का प्रमात्रीकरण (Quantization)
- क्वांटम सुरंगन (Quantum tunnelling)
- ये क्वांटम प्रभाव, जो सूक्ष्म स्तर पर प्रमुख होते हैं, व्यापक पैमाने पर (उदाहरण के लिए, क्रिकेट बॉल जैसी रोजमर्रा की वस्तुओं में) लुप्त हो जाते हैं।
- दशकों से, वैज्ञानिक इस सवाल से उत्सुक रहे हैं: किसी ऐसी प्रणाली का सबसे बड़ा संभावित आकार क्या है जो अभी भी क्वांटम व्यवहार प्रदर्शित कर सके?
- भौतिकी में 2025 का नोबेल पुरस्कार उन प्रयोगों का सम्मान करता है जिन्होंने प्रदर्शित किया कि क्वांटम परिघटनाएँ — जैसे कि ऊर्जा प्रमात्रीकरण और क्वांटम सुरंगन कई कणों से जुड़ी मैक्रोस्कोपिक प्रणालियों में भी देखी जा सकती हैं।
ऊर्जा का प्रमात्रीकरण
- सूक्ष्म स्तर पर, कण ऊर्जा को असतत पैकेटों (Discrete packets) में अवशोषित (Absorb) और उत्सर्जित करते हैं, जिन्हें क्वांटा के रूप में जाना जाता है।
- इस अवधारणा की कल्पना सीढ़ी चढ़ने के रूप में की जा सकती है, कोई व्यक्ति केवल विशिष्ट पायदानों पर खड़ा हो सकता है, उनके बीच में नहीं।
- इसी तरह, परमाणु, इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन जैसे कण केवल कुछ निश्चित ऊर्जा स्तरों में ही मौजूद हो सकते हैं, और उनके बीच में नहीं।
- इस परिघटना को ऊर्जा का प्रमात्रीकरण (Quantisation of energy) कहा जाता है।
क्वांटम सुरंगन
- जब हम किसी दीवार पर क्रिकेट की गेंद फेंकते हैं, तो वह स्वाभाविक रूप से टकरा कर वापस आती है — यह एक परिचित, रोजमर्रा का अवलोकन है।
- इसके विपरीत, क्वांटम भौतिकी एक आश्चर्यजनक घटना का खुलासा करती है: जब कोई कण किसी बाधा (संभावित ऊर्जा की दीवार) से टकराता है, तो एक सीमित संभावना मौजूद होती है कि वह बाधा के माध्यम से गुजर सकता है और दूसरी तरफ दिखाई दे सकता है।
- यह अजीब व्यवहार, जिसे क्वांटम सुरंगन के रूप में जाना जाता है, केवल सूक्ष्म पैमाने पर होता है।
- इसका एक उत्कृष्ट उदाहरण रेडियोधर्मी क्षय है, जहाँ परमाणु नाभिक का एक हिस्सा अपने संभावित अवरोध के माध्यम से सुरंग बनाकर बाहर निकल जाता है — जैसा कि अल्फा क्षय में देखा जाता है।
प्रयोग और परिणाम के बारे में
- 1984–85 में, यूसी बर्कले में जॉन क्लार्क, मिशेल डेवोरेट और जॉन मार्टिनिस ने एक अवरोधक (Insulator) द्वारा अलग किए गए दो अतिचालकों का उपयोग करके एक इलेक्ट्रिक सर्किट बनाया जिसे जोसेफसन जंक्शन कहा जाता है (इन्फोग्राफिक देखिए)।
- हालाँकि सर्किट का वोल्टेज शुरू में शून्य पर सेट किया गया था, यह शून्य-वोल्टेज अवस्था से क्वांटम सुरंगन के कारण अप्रत्याशित रूप से एक परिमित मान (Finite value) में स्थानांतरित हो गया।
- उन्होंने प्रदर्शित किया कि सर्किट में सभी आवेशित कण सामूहिक रूप से एकल क्वांटम कण के रूप में व्यवहार करते हैं।
- उन्होंने सर्किट में ऊर्जा के प्रमात्रीकरण को भी प्रदर्शित किया।
खोज का महत्व
- इस खोज ने एक मैक्रोस्कोपिक क्वांटम अवस्था को उजागर किया, जिससे बड़े पैमाने की प्रणालियों पर क्वांटम परिघटनाओं को लागू करने वाले प्रयोग संभव हो सके।
- जोसेफसन जंक्शन एक कृत्रिम परमाणु (Artificial atom) के रूप में कार्य करता है, जिससे शोधकर्ताओं को जटिल क्वांटम प्रणालियों का अनुकरण (Simulate) और अध्ययन करने की अनुमति मिलती है।
- इस सिद्धांत का उपयोग बाद में क्वांटम बिट्स (Qubits) बनाने के लिए किया गया, जहाँ प्रमात्रित ऊर्जा अवस्थाएँ 0 और 1 का प्रतिनिधित्व करती हैं, जो अतिचालक क्वांटम कंप्यूटर का आधार बनती हैं।
- इस कार्य ने क्वांटम कंप्यूटिंग, क्वांटम क्रिप्टोग्राफी और क्वांटम सेंसर जैसी व्यावहारिक क्वांटम प्रौद्योगिकियों और क्वांटम भौतिकी की सैद्धांतिक समझ, दोनों को आगे बढ़ाया है।
निष्कर्ष
अपनी खोज के एक सदी बाद भी, क्वांटम दुनिया अपने अजीबोगरीब लेकिन आकर्षक व्यवहार से आश्चर्यचकित करती है। यह सिद्धांत जो मिनट पैमाने पर प्रकृति के व्यवहार को समझने की बुनियाद है, कई आधुनिक प्रौद्योगिकियों की नींव भी बन रहा है।
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