केवल माइक्रोन व्यास वाले कण पर गुरुत्वाकर्षण के खिंचाव को मापने में सक्षम पहली तकनीक गुरुत्वाकर्षण के क्वांटम सिद्धांत की खोज में मदद कर सकती है - जो भौतिकी में एक दीर्घकालिक लक्ष्य है। नया प्रयोग अल्ट्रालो तापमान पर कण पर बल का पता लगाने और गुरुत्वाकर्षण के कारण गति में हस्तक्षेप करने वाले कंपन को दबाने के लिए एक सुपरकंडक्टिंग क्वांटम इंटरफेरेंस डिवाइस (स्क्विड) का उपयोग करता है।
गुरुत्वाकर्षण अन्य मूलभूत बलों से भिन्न है क्योंकि यह वस्तुओं के बीच सीधी बातचीत के बजाय अंतरिक्ष-समय में वक्रता का वर्णन करता है। यह अंतर आंशिक रूप से बताता है कि क्यों सैद्धांतिक भौतिकविदों ने क्वांटम यांत्रिकी के साथ गुरुत्वाकर्षण (जैसा कि आइंस्टीन के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत द्वारा वर्णित है) को सुलझाने के लिए लंबे समय तक संघर्ष किया है। मुख्य अटकल बिंदुओं में से एक यह है कि जबकि बाद वाला मानता है कि अंतरिक्ष-समय निश्चित है, पूर्व का कहना है कि यह विशाल वस्तुओं की उपस्थिति में बदलता है। चूँकि यह निर्धारित करने के लिए कि कौन सा विवरण सही है, प्रयोग करना बेहद कठिन है, स्ट्रिंग सिद्धांत और लूप क्वांटम गुरुत्व जैसे क्षेत्रों में बहुत सैद्धांतिक प्रयास के बावजूद क्वांटम गुरुत्व का सिद्धांत पहुंच से बाहर है।
मीस्नर-राज्य क्षेत्र निष्कासन
नए कार्य में, जिसकी सूचना दी गई है विज्ञान अग्रिम, भौतिक शास्त्री तजर्क ओस्टरकैंप of लीडेन विश्वविद्यालय नीदरलैंड में, सहकर्मियों के साथ मिलकर साउथम्पटन विश्वविद्यालय, यूके और इटली का फोटोनिक्स और नैनोटेक्नोलॉजी संस्थान, केवल 0.43 मिलीग्राम के द्रव्यमान वाले एक चुंबकीय कण पर गुरुत्वाकर्षण के खिंचाव का अध्ययन करके गुरुत्वाकर्षण और क्वांटम यांत्रिकी के बीच की सीमा की जांच की - उस सीमा के करीब जहां क्वांटम प्रभाव दिखाई देने लगते हैं। अपना अध्ययन करने के लिए, उन्होंने कण को तारों के माध्यम से करंट प्रवाहित करके उत्पन्न एक चुंबकीय क्षेत्र में फंसाया जो 100 मिलीकेल्विन से नीचे के तापमान पर अतिचालक बन जाता है। परिणामी चुंबकीय क्षेत्र "परिदृश्य" कण को एक प्रसिद्ध सुपरकंडक्टिंग प्रभाव के कारण उड़ने का कारण बनता है जिसे मीस्नर-स्टेट फ़ील्ड निष्कासन के रूप में जाना जाता है जिसमें सुपरकंडक्टर में धाराओं से उत्पन्न होने वाला क्षेत्र कण के अपने चुंबकीय क्षेत्र का पूरी तरह से विरोध करता है।
एक बार जब कण उड़ रहा था, तो शोधकर्ताओं ने चुंबकीय क्षेत्र में बहुत छोटे बदलावों को मापा जो तब उत्पन्न होते थे जब यह अपने द्रव्यमान के केंद्र के चारों ओर घूमता था। उन्होंने चुंबकीय ट्रैपिंग क्षमता की आवृत्ति को लगातार ट्यून करते हुए एक एकीकृत डीसी स्क्विड मैग्नेटोमीटर का उपयोग करके ऐसा किया। इसने उन्हें इन आवृत्ति बदलावों के एक फ़ंक्शन के रूप में कण की गति के आयाम को चिह्नित करने में सक्षम बनाया।
कंपन को दबाना
शोधकर्ताओं ने तब रेफ्रिजरेटर, या क्रायोस्टेट, जिसमें प्रयोग शामिल था, के ठीक बाहर एक भारी पहिया घुमाकर एक गुरुत्वाकर्षण गड़बड़ी पैदा की। पहिए की घूर्णन आवृत्ति को उत्तल कण की कंपन आवृत्तियों में से एक को उत्तेजित करने के लिए ट्यून किया गया था। लेकिन इससे पहले कि वे इस गुरुत्वाकर्षण गड़बड़ी के कारण कण की गति में परिवर्तन को माप सकें, ओस्टरकैंप और सहकर्मियों को पहले यह सुनिश्चित करना था कि अन्य चीजें जो कण को गतिमान कर सकती हैं - जैसे कि कंप्रेसर से आने वाले कंपन और सुपरकंडक्टर को ठंडा करने के लिए जिम्मेदार पंप - थे। बहुत अच्छे से दबा दिया गया.
ओस्टरकैंप बताते हैं, "यह हमारे प्रयोग में सबसे बड़ी चुनौती साबित हुई," लेकिन एक बार जब हम ऐसा करने में सफल हो गए, तो जो कण बचा था उसकी गति इतनी छोटी हो गई कि वह गुरुत्वाकर्षण से परेशान हो गया - और हम वास्तव में इसे मापा जा सकता है।"
सीमाओं को धक्का देना
ओस्टरकैंप और सहकर्मियों का मूल रूप से एक यांत्रिक अनुनादक को ठंडा और उत्तेजित करने के लिए अपने क्रायोस्टेट का उपयोग करने का इरादा था। ओस्टरकैंप बताते हैं, "हम यह साबित करने की कोशिश करने के लिए ऐसा कर रहे थे कि यह एक साथ दो स्थानों पर हो सकता है - ठीक उसी तरह जैसे एक इलेक्ट्रॉन तब हो सकता है जब यह दो स्लिटों से गुजरते हुए हस्तक्षेप प्रभाव दिखाता है।" “हस्तक्षेप से, कोई यह अनुमान लगा सकता है कि इलेक्ट्रॉन एक तरंग है और एक ही समय में दोनों स्लिटों से होकर गुजरता है। हमारे प्रयोग के लिए, जिसे अभी भी एक लंबा रास्ता तय करना है, हम एक छोटे यांत्रिक अनुनादक के लिए उसी प्रकार के प्रभाव को देखने के लिए एक बल सेंसर को ठंडा करने के लिए कंपन को अलग करने पर काम कर रहे हैं।
वह याद करते हैं, ये शुरुआती प्रयोग इतने अच्छे रहे कि उन्होंने खुद से पूछा: प्रयोग की संवेदनशीलता को प्रदर्शित करने के लिए वे अपने सेट-अप में कण पर कौन सा सबसे छोटा बल लगा सकते हैं? "जब हमें एहसास हुआ कि गुरुत्वाकर्षण माप पहुंच में थे, तो हम विशेष रूप से प्रेरित हुए," ओस्टरकैंप याद करते हैं।
प्रयोग को और भी संवेदनशील बनाने की जरूरत है
ओस्टरकैंप का कहना है कि अगला कदम गुरुत्वाकर्षण और क्वांटम प्रभावों को और भी करीब लाना है। "एक कण से गुरुत्वाकर्षण बल को मापने में सक्षम होना जो एक साथ दो स्थानों पर है, बहुत वांछनीय होगा, लेकिन हमें ऐसा करने के लिए अपने प्रयोग को और भी अधिक संवेदनशील बनाने की आवश्यकता है और भारी वस्तुओं पर माप करना होगा जो क्वांटम प्रभाव दिखाते हैं - जैसे सुपरपोज़िशन और उदाहरण के लिए, उलझाव,'' वह कहते हैं।
क्या क्वांटम गुरुत्व न्यूट्रिनो को धीमा कर रहा है?
इस प्रयोजन के लिए, शोधकर्ता अपने क्रायोस्टेट के बाहर के पहिये को उसके अंदर एक समान पहिये या प्रोपेलर से बदलने पर काम कर रहे हैं। ओस्टरकैंप का कहना है, "किलोग्राम के आकार के ब्लॉक वाले एक पहिये के बजाय और सेंसर से 30 सेमी की दूरी पर रखा गया है, हम एक प्रोपेलर पर मिलीग्राम द्रव्यमान बनाने की उम्मीद करते हैं जो सिर्फ एक सेंटीमीटर दूर है।"
टीम अपने प्रयोग में बाहरी कंपनों को और भी अलग करने और अपने सिस्टम को ठंडा बनाने का भी प्रयास कर रही है। ओस्टरकैंप का कहना है, "ये उपाय माप संवेदनशीलता में 100 गुना सुधार कर सकते हैं।"
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- स्रोत: https://physicsworld.com/a/getting-closer-to-measuring-quantum-gravity/
