প্রথমবারের মতো একটি ফোটনের ছবি প্রকাশিত
বার্মিংহামের গবেষকরা একটি ন্যানোপার্টিকলের পৃষ্ঠ থেকে নির্গত একটি লেবুর আকৃতির আলোর কণার প্রথম চিত্র তৈরি করেছেন। নভেম্বর ১৪ তারিখে ফিজিক্যাল রিভিউ লেটারস জার্নালে প্রকাশিত এই ছবির তত্ত্বটি বিজ্ঞানীদের বিভিন্ন বৈশিষ্ট্য গণনা ও বুঝতে সাহায্য করে, যা কোয়ান্টাম কম্পিউটিং, ফটোভোলটাইক ডিভাইস এবং কৃত্রিম ফটোসিন্থেসিসের মতো ক্ষেত্রগুলিতে নতুন সম্ভাবনার সুযোগ উন্মোচন করতে পারে।আলোর কোয়ান্টাম আচরণ অনেক ভালোভাবে প্রতিষ্ঠিত, কিন্তু আমরা কোয়ান্টাম প্রকৃতির সম্পর্কে মৌলিক ধারণায় অনেক পিছিয়ে আছি, এবং আমরা শুধুমাত্র সীমিত ধারণা রেখেছি কিভাবে ফোটন তৈরি ও নির্গত হয়, বা কিভাবে তারা স্থান এবং সময়ের সাথে পরিবর্তিত হয়।
“আমরা এই প্রক্রিয়াগুলি বুঝতে চাই যাতে আমরা কোয়ান্টাম দিকটি ব্যবহার করতে পারি,” প্রথম লেখক বেন ইউয়েন বলেছিলেন, বার্মিংহামের বিশ্ববিদ্যালয়ে গবেষণা সহযোগী।তবে, আলোর প্রকৃতিই এই প্রশ্নের উত্তরে প্রায় সীমাহীন সম্ভাবনা প্রদান করে। “আমরা একটি ফোটনকে একটি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ক্ষেত্রের মৌলিক উদ্দীপনা হিসাবে চিন্তা করতে পারি,” ইউয়েন বলেছিলেন। এই ক্ষেত্রগুলি বিভিন্ন ফ্রিকোয়েন্সির একটি ধারাবাহিকতা, যার প্রতিটি উত্তেজিত হতে পারে। “আপনি একটি ধারাবাহিকতাকে ছোট ছোট অংশে ভাগ করতে পারেন এবং যে কোনও দুটি পয়েন্টের মধ্যে আপনি বেছে নেওয়ার জন্য এখনও অসীম সংখ্যক সম্ভাব্য পয়েন্ট আছে,” যোগ করেন তিনি।
ফলস্বরূপ, ফোটনের বৈশিষ্ট্যগুলি এর পরিবেশের বৈশিষ্ট্যগুলির উপর নির্ভরশীল, যার ফলে কিছু অবিশ্বাস্যভাবে জটিল গণিত তৈরি হয়।এই অসম্ভব কাজটি মোকাবেলা করতে, ইউয়েন এবং সহ-লেখক অ্যাঞ্জেলা ডেমেট্রিয়াডু, বার্মিংহাম বিশ্ববিদ্যালয়ের তাত্ত্বিক ন্যানোফোটোনিক্সের অধ্যাপক, সমীকরণগুলি উল্লেখযোগ্যভাবে সহজ করার জন্য একটি বুদ্ধিমান গাণিতিক কৌশল ব্যবহার করেছেন। কল্পিত সংখ্যা -১ এর বর্গমূলের (যা বাস্তবে অসম্ভব) গুণিতক – একটি শক্তিশালী হাতিয়ার যখন জটিল সমীকরণগুলি পরিচালনা করা হয়। কল্পিত উপাদানগুলি পরিচালনা করে, অনেক কঠিন শর্ত সমীকরণে একে অপরকে বাতিল করে দেয়।
“আমরা বাস্তব ফ্রিকোয়েন্সির ধারাবাহিকতাকে একটি বিচ্ছিন্ন জটিল ফ্রিকোয়েন্সির সেটে রূপান্তরিত করেছি,” ইউয়েন ব্যাখ্যা করেছেন। “এটি করে আমরা ধারাবাহিকতাটিকে একটি বিচ্ছিন্ন সেটে সহজ করি, যা আমরা পরিচালনা করতে পারি। আমরা এটি কম্পিউটারে চালিত করে সমাধান করতে পারি।”দলের গণনাগুলি একটি ন্যানোপার্টিকলের পৃষ্ঠ থেকে নির্গত একটি ফোটনের বৈশিষ্ট্যগুলি মডেল করতে ব্যবহৃত হয়েছে, উৎসের সাথে মিথস্ক্রিয়াগুলি বর্ণনা করে এবং ফোটন কিভাবে উৎস থেকে দূরে সরে গেছে তা বর্ণনা করে। এই ফলাফলগুলি থেকে, দলটি একটি ফোটনের প্রথম চিত্র তৈরি করেছে, একটি লেবুর আকৃতির কণা যা পদার্থবিজ্ঞানে আগে কখনও দেখা যায়নি।
তাদের গণনাগুলি এই কোয়ান্টাম কণার বৈশিষ্ট্যগুলিতে মৌলিক অন্তর্দৃষ্টি প্রদান করে — যে জ্ঞানটি ইউয়েন বিশ্বাস করেন যে পদার্থবিজ্ঞানী, রসায়নবিদ এবং জীববিজ্ঞানীদের জন্য নতুন গবেষণার পথ খুলে দেবে। “আমরা অপটোইলেক্ট্রনিক ডিভাইসগুলি, ফোটোকেমিস্ট্রি, লাইট হার্ভেস্টিং এবং ফটোভোলটাইক, ফটোসিন্থেসিস বোঝা, বায়োসেন্সর এবং কোয়ান্টাম যোগাযোগ সম্পর্কে চিন্তা করতে পারি,” ইউয়েন বলেছিলেন। “এবং এখনও অসংখ্য অজানা প্রয়োগগুলি থাকবে। এই ধরণের মৌলিক তত্ত্ব করে আপনি অন্যান্য অঞ্চলে নতুন সম্ভাবনাগুলি উন্মোচন করেন।”
ফোটন কী ? – প্রাথমিক ধারণা
ফোটন হল আলোক এবং সমস্ত বৈদ্যুতিক চৌম্বকীয় বিকিরণের মৌলিক একক। যেসব কণার ভর আছে তাদের বিপরীতে, ফোটনের ভর নেই এবং সবসময় আলোর গতিতে চলে।তারা কণার মতো এবং তরঙ্গের মতো উভয় বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে, যা তরঙ্গ-কণার দ্বৈততা নামে পরিচিত।ফোটনগুলি শক্তি এবং গতি বহন করে, তাদের ফ্রিকোয়েন্সি বা তরঙ্গদৈর্ঘ্য দ্বারা নির্ধারিত হয়। সহজভাবে বলতে গেলে, ফ্রিকোয়েন্সি যত বেশি, ফোটনের শক্তি তত বেশি হয়।এই অনন্য দ্বৈত প্রকৃতি ফোটনগুলিকে বিশেষ উপায়ে পদার্থের সাথে মিথস্ক্রিয়া করতে সক্ষম করে, যেমন এটম দ্বারা শোষিত বা নির্গত হওয়া।এই মিথস্ক্রিয়াগুলি দৃষ্টিশক্তি, ফটোসিন্থেসিস এবং আমাদের ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলির পিছনের প্রযুক্তির মতো প্রক্রিয়ার জন্য অপরিহার্য।
ফোটনের আকার এবং “ফার ফিল্ড”
ফোটন এবং এর পরিবেশের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া আলোর বিদ্যমান ও ভ্রমণের জন্য অন্তহীন সম্ভাবনা নিয়ে আসে। এই সীমাহীন সম্ভাবনা এই মিথস্ক্রিয়াগুলিকে মডেলিং করা অত্যন্ত চ্যালেঞ্জিং করে তোলে — একটি ধাঁধা যা কোয়ান্টাম পদার্থবিদরা দশকের পর দশক ধরে সমাধানের চেষ্টা করছেন।“আমাদের গণনাগুলি একটি অসাধ্য সমস্যা পরিবর্তন করে কিছুতে রূপান্তরিত করতে সক্ষম হয়েছিল যা গণনা করা যায়,” ড. ইউয়েন ব্যাখ্যা করেছেন। “এবং, মডেলের প্রায় উপজাত হিসাবেই, আমরা একটি ফোটনের চিত্র তৈরি করতে সক্ষম হয়েছি, যা পদার্থবিজ্ঞানে আগে কখনও দেখা যায়নি।”
ফোটন মিথস্ক্রিয়ার অন্তহীন সম্ভাবনাগুলিকে স্বতন্ত্র সেটগুলিতে গুচ্ছিত করে, দলটি একটি মডেল তৈরি করেছে যা কেবল এটম বা মলিকিউলগুলির সাথে ফোটন কীভাবে মিথস্ক্রিয়া করে তা বর্ণনা করে না, বরং সেই মিথস্ক্রিয়া থেকে শক্তি কীভাবে দূরবর্তী পরিবেশে ভ্রমণ করে তা বর্ণনা করে।
ফোটনের আকারের লক্ষনীয় বিষয়?
আমরা ফোটনের উপর অনেক বেশি নির্ভর করি যা আমরা ভাবতেও পারি না। আমাদের চোখ ফোটন সনাক্ত করে, যা আমাদের চারপাশের পৃথিবী দেখতে সক্ষম করে।প্রযুক্তিতে, ফোটনগুলি সৌর প্যানেলের জন্য গুরুত্বপূর্ণ যা আলোকে বিদ্যুতের মধ্যে রূপান্তরিত করে এবং ফাইবার অপটিক কেবলগুলি যা উচ্চ-গতির ইন্টারনেট এবং যোগাযোগ সরবরাহ করে।বৈজ্ঞানিক গবেষণাতেও ফোটনগুলি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। তারা কোয়ান্টাম ইলেকট্রোডাইনামিক্স (QED) এর কেন্দ্রে, যা তত্ত্ব আলোক ও পদার্থের মধ্যে কীভাবে মিথস্ক্রিয়া ঘটে তা বর্ণনা করে।
ফোটনগুলি বৈদ্যুতিক চৌম্বকীয় বলের বাহক হিসাবে কাজ করে, যা মহাবিশ্বের চারটি মৌলিক বলের একটি।তারা চার্জযুক্ত কণাগুলির মধ্যে মিথস্ক্রিয়াগুলির সুবিধা প্রদান করে, যেমন ইলেকট্রন এবং প্রোটন, যা একটি বিস্তৃত শারীরিক ঘটনাকে নিয়ন্ত্রণ করে।
আরও দেখুন