अटोसेकेन्ड लेजरमा नोबेल पुरस्कार : एक नेपाली सहकर्मीको व्याख्या 

एक सेकेन्ड समय ब्रह्माण्डको आयुको तुलनामा जति सानो हो एक अटोसेकेन्ड समय एक सेकेन्डको तुलनामा त्यति नै सानो हो।

सेकेन्डलाई एक हजारले भाग गर्दा मिलिसेकेन्ड हुन्छ। मिलिसेकेन्डलाई एक हजार भाग लगाउँदा माइक्रोसेकेन्ड हुन्छ। माइक्रोसेकेन्डलाई एक हजार भाग लगाउँदा न्यानोसेकेन्ड हुन्छ। न्यानोसेकेन्डलाई एक हजार भाग लगाउँदा पिकोसेकेन्ड हुन्छ। पिकोसेकेन्डलाई एक हजार भाग लगाउँदा फेम्टोसेकेन्ड र फेम्टोसेकेन्डलाई एक हजार भाग लगाउँदा अटोसेकेन्ड हुन्छ।

यो वर्ष भौतिकशास्त्रतर्फ नोबेल पुरस्कार अटोसेकेन्ड लेजर विधामा काम गर्ने तीन जना वैज्ञानिकलाई दिइएको छ।

तीन वैज्ञानिकले के-के गरे ?

लुण्ड युनिभर्सिटी, स्विडेनकी एन हुलिएले सन् १९८७ मा पेरिसको साक्लेमा रहँदा इन्फ्रारेड रंगको लेजरलाई भ्याकुम चेम्बरमा राखिएको आर्गन ग्यासमा केन्द्रित गराउँदा लेजरका धेरै हार्मोनिकहरू पहिलो पटक निस्केको देखिन्। इन्द्रेणीमा सात रङ्ग भए जस्तै हर्मोनिक वर्णक्रममा ३३ ओटा हर्मोनिकहरू देखिएका थिए।

गितारको ओभर टोन जस्तै, ती लेजरका ‘ओभर टोन’ हर्मोनिकहरू, एक्स्ट्रिम अल्ट्रा भायोलेट वर्णक्रमसम्म फैलिएका थिए। यद्यपि तिनीहरूको निस्कने प्रक्रिया भने बुझ्न केही वर्ष लाग्यो। कुरो के रहेछ भने धेरै ओभर टोन भएका हर्मोनिकहरू लेजरको केन्द्रबाट निस्किने समय त अटोसेकेन्ड मात्र हुने रहेछ, चाहे त्यो प्रयोग गरेको लेजरको पल्स एक हजार गुणा अर्थात् फेम्टोसेकेन्ड नै लामो किन नहोस्!

त्यतिखेर लेजरको पल्सहरू पिकोसेकेन्ड लामा हुन्थे किनभने सी.पी.ए. भन्ने प्रविधि जसबाट फेम्टोसेकेन्ड लेजरको सम्भव भए पनि त्यो बजारमा आइसकेको थिएन।

स्मरणरहोस्, सी.पी.ए. प्रविधिका लागि सन् २०१८ को भौतिकशास्त्रतर्फ नोबेल पुरस्कार दिइएको थियो। द ओहायो स्टेट युनिभर्सिटीका पिएर अगोस्तिनीले साक्लेमा रहँदा सन् २००१ मा पहिलो पटक हर्मोनिक्सहरूको पल्स ड्युरेसन नाप्ने प्रविधिको विकास गरे। उनले गरेको मेजरमेन्टमा हार्मोनिकहरू २५० अटोसेकेन्ड लामा धेरै पल्सहरू मिलेर बनेको लस्करको रूपमा पाए। यो निकै ठूलो उपलब्धि भए पनि अटोसेकेन्ड पल्सको प्रयोगका लागि सामान्यतया एउटा मात्र अटोसेकेन्ड पल्स छुट्याउनुपर्ने हुन्छ। एउटा मात्रै पल्सलाई अलग पार्ने प्रविधि, लगत्तै तेस्रा विजेता फेरेन्स क्राउसले जर्मनीको म्याक्सप्लांकमा सन् २००२ मा पहिलो पटक प्रदर्शन गरेका हुन्।

अहिले यो क्षेत्रमा के भइरहेको छ ? सन् २००२ देखि आजसम्म विश्वका धेरै प्रयोगशालाहरूमा विभिन्न अटोसेकेन्ड प्रविधिहरूको विकास भइरहेको छ। कसरी समयलाई अझै सूक्ष्म ढंगबाट मापन गर्न सकिन्छ भन्ने होडबाजी नै छ। अटोसेकेन्ड पल्सको रेकर्ड ४३ अटोसेकेन्ड पुगिसकेको छ। यस्तो अत्यन्त सूक्ष्म अटोसेकेन्ड लेजरको प्रयोग केका लागि हुन्छ भन्ने बारे चर्चा गरौं।

इलेक्ट्रोन गतिशीलता

पृथ्वी र सूर्यबीचको गुरुत्वाकर्षण शक्तिको समन्वयले गर्दा पृथ्वीले सूर्यलाई निरन्तर परिक्रमा गरिरहेको हुन्छ। यी पिण्डहरूको आकार र दूरीका आधारमा एक परिक्रमाको समय लगभग ३६५ दिन निकाल्न सकिन्छ। यसरी नै परमाणुको बनोट पनि सौर्यमण्डल जस्तै हुन्छ। जहाँ प्रोटोन केन्द्रमा हुन्छ र यसको चार्ज पोजेटिभ हुन्छ भने इलेक्ट्रोनको चार्ज नेगेटिभ हुन्छ। यिनीहरूको आपसी समन्वयले गर्दा इलेक्ट्रोनहरूले प्रोटोनहरूको परिक्रमा गरिरहेका हुन्छन्।

तर, फरक के छ भने यिनीहरूको पिण्ड र यिनीहरू बीचको दूरी अति सूक्ष्म भएका कारण इलेक्ट्रोनहरूको पूर्ण परिक्रमाको समय चाहिं अटोसेकेन्ड रेञ्जमा हुन्छ। उदाहरणको लागि हाइड्रोजनको इलेक्ट्रोनको पूर्ण परिक्रमा समय १५० अटोसेकेन्ड जति निकाल्न सकिन्छ।

अबको संभावना

अणु परमाणुमा त्यस्तो तीव्र गति हुने र सूक्ष्म आकार हुने इलेक्ट्रोनहरूको गतिविधिको अध्ययन कठिन छ। तर, अटोसेकेन्ड लेजरको प्रयोगले आज यस्तो संभावना नजिकिएको छ। अटोसेकेन्ड लेजरको प्रायोगबाट परमाणु अणुमा मात्र नभई अन्य पदार्थमा पनि इलेक्ट्रोनहरूको सधैं भैरहने चलखेलको अध्ययन गर्न सकिन्छ। तिनीहरूभित्र हुने इलेक्ट्रोनहरूको चलखेलको प्रकृतिले पदार्थको भौतिक तथा रासायनिक गुण निर्धारण गर्दछ।

क्वान्टम मटेरियलमा हुने इलेक्ट्रोनहरूको चलखेल विशेष प्रकारको हुन्छ र यसको अध्ययन गर्दा द्रुत गतिमा चल्ने इलेक्ट्रोनिक्स तथा क्वान्टम कम्प्युटरहरूको आविष्कारको सुराक फेला पार्न सकिन्छ, जुन लेखकको हालको अनुसन्धानको विषय हो। सन् २०१० मा पिएर अगोस्तिनीसँग गरेको अनुसन्धानमा पहिलो पटक ठोस पदार्थबाट हर्मोनिकहरू निकाल्न सफल भएको थिएँ।

(लेखक स्टानफोर्ड युनिभर्सिटी अमेरिकामा कार्यरत वरिष्ठ वैज्ञानिक हुन्। यस वर्ष भौतिकशास्त्रतर्फ नोबेल पुरस्कार विजेतामध्ये एकसँग कार्यरत उनले सँगै अनुसन्धान पत्र समेत प्रकाशन गरेका छन्।)