"पदार्थ की पांचवीं अवस्था" का विज्ञान: आणविक बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट (बीईसी) प्राप्त किया गया   

हाल ही में प्रकाशित एक रिपोर्ट में, कोलंबिया विश्वविद्यालय की विल लैब टीम ने बीईसी सीमा को पार करने और 5 नैनोकेल्विन (= 5 x 10 ) के अतिशीत तापमान पर NaCs अणुओं के बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट (बीईसी) के निर्माण में सफलता की रिपोर्ट दी है।^-9 केल्विन)। आणविक क्वांटम कंडेनसेट लगभग 2 सेकंड के जीवनकाल के साथ स्थिर था। इससे आणविक BEC की कई दशकों की खोज समाप्त हो गई। यह एक उल्लेखनीय उपलब्धि है और विज्ञान में एक मील का पत्थर है।  

यह सर्वविदित है कि पदार्थ तीन अवस्थाओं में से किसी एक में हो सकता है, अर्थात ठोस, द्रव या गैस, जो तापमान और दबाव जैसी बाह्य स्थितियों पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, H₂सामान्य बाह्य परिस्थितियों में O बर्फ, जल या वाष्प के रूप में पाया जाता है।  

जब तापमान 6000-10,000 केल्विन से ऊपर होता है, तो पदार्थ आयनित हो जाता है और प्लाज्मा में बदल जाता है, जो चौथी अवस्था का पदार्थ है।  

यदि तापमान अत्यंत कम अर्थात परम शून्य के करीब हो तो पदार्थ की अवस्था क्या होगी?  

1924-25 में सत्येंद्र नाथ बोस और अल्बर्ट आइंस्टीन ने एक सैद्धांतिक भविष्यवाणी की थी कि यदि बोसॉन कणों (अर्थात पूर्णांक स्पिन मान वाले निकाय) को परम शून्य के निकट अत्यंत कम तापमान तक ठंडा किया जाता है, तो कण एक एकल, बड़ी इकाई में एकत्रित हो जाते हैं, जिसके गुण और व्यवहार क्वांटम यांत्रिकी के नियमों द्वारा नियंत्रित होते हैं। बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट (बीईसी) कहलाने वाली इस अवस्था को पदार्थ की पांचवीं अवस्था माना जाता था।  

बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट (बीईसी), पदार्थ की पांचवीं अवस्था की सैद्धांतिक भविष्यवाणी लगभग सात दशक बाद 1995 में वास्तविकता बन गई जब एरिक कॉर्नेल और कार्ल वीमन ने रुबिडियम परमाणुओं की गैस में पहला बीईसी बनाया, और उसके तुरंत बाद, वोल्फगैंग केटरले ने सोडियम परमाणुओं की गैस में बीईसी का उत्पादन किया। तीनों को संयुक्त रूप से 2001 में भौतिकी का नोबेल पुरस्कार दिया गया।क्षार परमाणुओं की तनु गैसों में बोस-आइंस्टीन संघनन की उपलब्धि के लिए, तथा संघनित पदार्थों के गुणों के प्रारंभिक मौलिक अध्ययन के लिए".  

पदार्थ की पांचवीं अवस्था के विज्ञान में प्रगति की समयरेखा  

1995 में हुई इस खोज के बाद से, दुनिया भर की प्रयोगशालाएं और अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन (ISS) नियमित रूप से विभिन्न प्रकार के परमाणुओं से परमाणु BEC बनाते हैं।  

आणविक बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट (बीईसी) 

परमाणु सरल, गोल आकार के होते हैं जिनमें कोई ध्रुवीय अंतःक्रिया नहीं होती। इसलिए, शोधकर्ताओं ने हमेशा अणुओं से बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट (BEC) बनाने के बारे में सोचा है। लेकिन, दो अलग-अलग तत्वों के परमाणुओं से बने सरल अणुओं के BEC बनाना भी संभव नहीं था, क्योंकि आणविक BEC के निर्माण के लिए आवश्यक कुछ नैनोकेल्विन (nK) तक अणुओं को ठंडा करने की तकनीक की कमी थी।   

कोलंबिया विश्वविद्यालय के विल लैब के शोधकर्ताओं ने लगातार अल्ट्राकोल्ड तकनीक विकसित करने की दिशा में काम किया है। 2008 में, वे पोटेशियम-रूबिडियम अणुओं की एक गैस को लगभग 350 नैनोकेल्विन तक ठंडा करने में सक्षम थे। इससे क्वांटम सिमुलेशन करने और आणविक टकराव और क्वांटम रसायन विज्ञान का अध्ययन करने में मदद मिली, लेकिन BEC सीमा को पार नहीं कर सका। पिछले साल 2023 में, उन्होंने सोडियम-सीज़ियम अणुओं की एक बोसॉनिक गैस के जीवनकाल को बढ़ाने के लिए माइक्रोवेव का इस्तेमाल किया और 36 नैनोकेल्विन का कम तापमान हासिल करने में सक्षम थे जो BEC सीमा के करीब था।  

हाल ही में प्रकाशित एक रिपोर्ट में, कोलंबिया विश्वविद्यालय की विल लैब टीम ने बीईसी सीमा को पार करने और 5 नैनोकेल्विन (= 5 x 10 ) के अतिशीत तापमान पर NaCs अणुओं के बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट (बीईसी) के निर्माण में सफलता की रिपोर्ट दी है।^-9 केल्विन)। आणविक क्वांटम कंडेनसेट लगभग 2 सेकंड के जीवनकाल के साथ स्थिर था। इससे आणविक BEC की कई दशकों की खोज समाप्त हो गई। यह एक उल्लेखनीय उपलब्धि है और विज्ञान में एक मील का पत्थर है।  

आणविक बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट्स (बीईएस) का निर्माण मौलिक क्वांटम भौतिकी, क्वांटम सिमुलेशन, सुपरफ्लुइडिटी और सुपरकंडक्टिविटी में अनुसंधान और नए प्रकार के क्वांटम कंप्यूटर जैसी नई प्रौद्योगिकियों के नवाचार के लिए दीर्घकालिक प्रासंगिकता रखेगा।  

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सन्दर्भ:  

1. बिगाग्ली, एन., युआन, डब्ल्यू., झांग, एस. एट अल. द्विध्रुवीय अणुओं के बोस-आइंस्टीन संघनन का अवलोकन। प्रकृति (2024)। 03 जून 2024. DOI:  https://doi.org/10.1038/s41586-024-07492-z   प्रीप्रिंट संस्करण arXiv पर उपलब्ध https://arxiv.org/pdf/2312.10965  

2. कोलंबिया यूनिवर्सिटी 2024. शोध समाचार – न्यूयॉर्क की सबसे ठंडी लैब में क्वांटम की नई पेशकश है। 03 जून 2024 को पोस्ट किया गया। यहाँ उपलब्ध है https://news.columbia.edu/news/coldest-lab-new-york-has-new-quantum-offering  

3. रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज। भौतिकी में नोबेल पुरस्कार 2001 पर उन्नत जानकारी - क्षारीय गैसों में बोस-आइंस्टीन संघनन। यहाँ उपलब्ध है https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/advanced-physicsprize2001-1.pdf 

4. नासा। पदार्थ की पांचवीं अवस्था। यहाँ उपलब्ध है https://science.nasa.gov/biological-physical/stories/the-fifth-state-of-matter/  

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