প্রথমবারের মতো গবেষকগণ নতুন ধরনের একটি কোয়ান্টাম অনুবীক্ষণ যন্ত্র ব্যবহার করে একটি পরমানুর ইলেক্ট্রন কক্ষপথকে সরাসরি পর্যবেক্ষণ করতে এবং এর তরঙ্গ ক্রিয়ার ছবি ধারণ করতে সক্ষম হয়েছেন। আর এই অসাধারণ যন্ত্রই বিজ্ঞানীদের কোয়ান্টাম এলাকায় স্থিরভাবে দৃষ্টি নিক্ষেপ করার সুযোগ করে দিয়েছে।
একটি পরমানু ইলেক্ট্রনের মাধ্যমে স্থান দখল করে কক্ষপথের সৃষ্টি করে থাকে। কিন্তু বিজ্ঞানীরা যখন এই পদার্থের অতি সুক্ষ আনুবীক্ষণিক অবস্থা বর্ণনা করেন তখন তাঁদের তরঙ্গ ক্রিয়ার উপর নির্ভর করতে হয়েছে। এটি কণার ঝাপসা কোয়ান্টাম দশা বর্ণনার গাণিতিক পদ্ধতি অর্থাৎ তার স্থান এবং সময় উভয়ের মাঝে যে অনিশ্চয়তা তা নির্ধারণ করার পদ্ধতি। সাধারণত কোয়ান্টাম পদার্থবিদগণ এই অবস্থা বর্ণনা করার জন্য Schrödinger এর সমীকরণের মতো সূত্রগুলি ব্যবহার করে থাকেন যা অনেক জটিল সংখ্যা এবং কল্পিত গ্রাফে প্রকাশ পায়।
এই অবস্থায় পৌছানোর পূর্ব পর্যন্ত বিজ্ঞানীরা তরঙ্গ ক্রিয়ার প্রকৃত অবস্থা পর্যবেক্ষণ করতে সক্ষম ছিলেন না। পরমানুর সঠিক অবস্থান নির্ণয় অথবা ইলেক্ট্রনের ভরবেগের স্বতন্ত্র অবস্থা ধারণ করার চেষ্টা করা অনেকটা এক হাতে মাছির ঝাঁক ধরার চেষ্টা করার মতো অবস্থা। সরাসরি পর্যবেক্ষণে কোয়ান্টামের সঙ্ঘবদ্ধতা বিপর্যস্ত হওয়ার মতো বিপদ থেকেই যায়। এ কারণেই এমন একটি যন্ত্রের প্রয়োজন পরে যা কিনা কোয়ান্টামের পূর্ণ অবস্থা ধারণ করার জন্য সময়ের সাথে পরিসংখ্যানগত গড় পরিমাপ করতে পারে।
কিন্তু কিভাবে একটি কোয়ান্টাম কণার আনুবীক্ষণিক অবস্থা প্রসারিত বা বিবর্ধিত হয়? আন্তর্জাতিক গবেষকদের একটি দলের বর্ণনা অনুযায়ী একটি কোয়ন্টাম অনুবীক্ষণ যন্ত্র দিয়ে এ কাজটি সম্পাদন করা হয়। এই যন্ত্রটি ফোটোনাইজেশনের মাধ্যমে আণবিক গঠন সরাসরি দৃষ্টিগোচর করে থাকে। নেদারল্যান্ডের এফওএম ইন্সটিটিউট ফর এটমিক এন্ড মলিকুলার ফিজিক্সের গবেষক Aneta Stodolna ফিজিকাল রিভিউ লেটারের বর্ণনায় বলেছেন তিনি এবং তাঁর দল স্থির (ডিসি) বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রে একটি হাইড্রোজেন পরমাণুকে ইলেক্ট্রনিক কক্ষপথে স্থাপন করে এর মানচিত্র অংকন করেছেন।
লেজার রশ্মির মাধ্যমে অণুকে আঘাত করার পর ক্ষুদ্র ইলেক্ট্রনের পরমাণুগুলি একটি বিশেষ দ্বিমাত্রিক সংগ্রাহকের দেখানো কক্ষপথে আবর্তিত হয় (একপ্রকার দ্বৈত ক্ষুদ্রপথ বিশিষ্ট পাত্র যা উলম্বভাবে স্থাপন করা থাকে)। সেখানে অনেকগুলো কক্ষপথ রয়েছে যেগুলো ব্যবহার কর ইলেক্ট্রন সংগ্রাহকের দেখানো নির্দিষ্ট স্থানটিতে পৌছায়। গবেষকগণ এই পদ্ধতি ব্যবহার করে তরঙ্গ ক্রিয়ার চলন পথে বাধা সৃষ্টি করে এর সংরক্ষণ করে থাকেন। এই সমস্ত কাজ সম্পন্ন করার জন্য গবেষকগণ একটি ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক লেন্স ব্যবহার করেছেন যা দিয়ে বহির্গামী ইলেক্ট্রন তরঙ্গকে বিশ হাজার গুণ বেশি বড় করা সম্ভব হয়।
ছবিতে হাইড্রোজেন পরমাণুর চারটি দশার উদাহরন দেখানো হয়েছে। মাঝখানের কলামটিতে পরীক্ষামূলক পরিমাপ দেখানো হয়েছে, যেখানে ডান পার্শ্বের কলামটি Schrödinger এর মাধ্যমে সময় নির্ভর গণনার সমীকরণ দেখায় এবং তা সুন্দরভাবে মিলে যায়।
পরবর্তী পদক্ষেপ হিসেবে গবেষকগণ এই প্রযুক্তি ব্যবহার করে দেখতে চাচ্ছেন একটি চৌম্বকীয় ক্ষেত্রে পরমাণু কিরূপ আচরণ করে তার পর্যবেক্ষনের জন্য।
-শফিকুল ইসলাম
বিজ্ঞান পত্রিকা প্রকাশিত ভিডিওগুলো দেখতে পাবেন ইউটিউবে। লিংক:
১. টেলিভিশনঃ তখন ও এখন
২. স্পেস এক্সের মঙ্গলে মানব বসতি স্থাপনের পরিকল্পনা
3. মাইক্রোস্কোপের নিচের দুনিয়া