सिडनी: भौतिकी की सबसे चौंकाने वाली भविष्यवाणियों में से एक है उलझाव, एक ऐसी घटना जिसमें वस्तुएं कुछ दूरी पर होने के बावजूद एक दूसरे से जुड़ी हो सकती हैं। उलझाव के सबसे प्रसिद्ध उदाहरणों में प्रकाश के छोटे-छोटे टुकड़े शामिल हैं (फोटॉनों), और कम ऊर्जा।
पर बड़े हैड्रॉन कोलाइडर जिनेवा में, दुनिया के सबसे बड़े कण त्वरक, एटलस नामक एक प्रयोग ने कणों के जोड़े में उलझाव पाया है टॉप क्वार्कविज्ञान को ज्ञात सबसे भारी कण।
उलझन क्या है?
रोज़मर्रा की ज़िंदगी में हम वस्तुओं को या तो “अलग” या “जुड़े हुए” के रूप में सोचते हैं। एक किलोमीटर की दूरी पर स्थित दो गेंदें अलग-अलग होती हैं। एक धागे से जुड़ी दो गेंदें आपस में जुड़ी होती हैं।
जब दो वस्तुएँ “उलझी हुई” होती हैं, तो उनके बीच कोई भौतिक संबंध नहीं होता – लेकिन वे वास्तव में अलग भी नहीं होतीं। आप पहली वस्तु का माप ले सकते हैं, और यह जानने के लिए पर्याप्त है कि दूसरी वस्तु क्या कर रही है, इससे पहले कि आप उसे देखें।
दोनों वस्तुएँ एक ही प्रणाली बनाती हैं, भले ही उन्हें आपस में जोड़ने वाला कुछ भी न हो। यह शहर के विपरीत दिशा में स्थित फोटॉनों के साथ काम करता हुआ दिखाया गया है।
यह विचार लियू सिक्सिन पर आधारित हालिया स्ट्रीमिंग श्रृंखला 3 बॉडी प्रॉब्लम के प्रशंसकों के लिए परिचित होगा‘sci-fi उपन्यासों में से एक है। शो में, एलियंस ने हमारी तकनीक के साथ छेड़छाड़ करने और उन्हें हमारे साथ संवाद करने की अनुमति देने के लिए, पृथ्वी पर एक छोटा सुपरकंप्यूटर भेजा है। क्योंकि यह छोटी वस्तु एलियन होमवर्ल्ड पर एक जुड़वां के साथ उलझी हुई है, एलियंस इसके साथ संवाद कर सकते हैं और इसे नियंत्रित कर सकते हैं – भले ही यह चार प्रकाश वर्ष दूर हो।
कहानी का वह हिस्सा है कल्पित विज्ञान: उलझाव वास्तव में आपको प्रकाश की तुलना में तेज़ गति से संकेत भेजने की अनुमति नहीं देता है। (ऐसा लगता है कि उलझाव आपको ऐसा करने की अनुमति देता है, लेकिन वैज्ञानिकों के अनुसार क्वांटम भौतिकी यह संभव नहीं है। अब तक, हमारे सभी प्रयोग उस भविष्यवाणी के अनुरूप हैं।)
लेकिन उलझाव अपने आप में वास्तविक है। इसे पहली बार 1980 के दशक में फोटॉन के लिए प्रदर्शित किया गया था, जो उस समय एक अत्याधुनिक प्रयोग था।
आज आप किसी व्यावसायिक प्रदाता से एक ऐसा बॉक्स खरीद सकते हैं जो उलझे हुए फोटॉन के जोड़े को बाहर निकाल देगा। उलझाव क्वांटम भौतिकी द्वारा वर्णित गुणों में से एक है, और यह उन गुणों में से एक है जिसका उपयोग वैज्ञानिक और इंजीनियर नई तकनीकें बनाने के लिए करने की कोशिश कर रहे हैं, जैसे कि क्वांटम कम्प्यूटिंग.
1980 के दशक से, परमाणुओं, कुछ उपपरमाण्विक कणों और यहां तक कि बहुत ही कम कंपन से गुजरने वाली छोटी वस्तुओं के साथ भी उलझाव देखा गया है। ये सभी उदाहरण कम ऊर्जा पर हैं।
जिनेवा से प्राप्त नई जानकारी यह है कि टॉप क्वार्क नामक कणों के जोड़ों में उलझाव देखा गया है, जहां बहुत छोटे स्थान में विशाल मात्रा में ऊर्जा होती है।
तो फिर क्वार्क क्या हैं?
पदार्थ अणुओं से बना होता है; अणु परमाणुओं से बने होते हैं; और परमाणु हल्के कणों से बना होता है जिन्हें इलेक्ट्रॉन कहते हैं जो केंद्र में एक भारी नाभिक की परिक्रमा करते हैं, जैसे सौरमंडल के केंद्र में सूर्य। हम 1911 के आसपास प्रयोगों से यह पहले ही जान चुके थे।
फिर हमने जाना कि नाभिक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बना है, और 1970 के दशक तक हमने पाया कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन क्वार्क नामक और भी छोटे कणों से बने होते हैं।
कुल छह प्रकार के क्वार्क हैं: “अप” और “डाउन” क्वार्क जो प्रोटॉन और न्यूट्रॉन बनाते हैं, और फिर चार भारी क्वार्क। पाँचवाँ क्वार्क, “ब्यूटी” या “बॉटम” क्वार्क, प्रोटॉन से लगभग साढ़े चार गुना भारी है, और जब हमने इसे पाया तो हमें लगा कि यह बहुत भारी है। लेकिन छठा और अंतिम क्वार्क, “टॉप”, एक राक्षस है: टंगस्टन परमाणु से थोड़ा भारी, और प्रोटॉन के द्रव्यमान से 184 गुना अधिक।
कोई नहीं जानता कि टॉप क्वार्क इतना विशाल क्यों है। टॉप क्वार्क लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में गहन अध्ययन का विषय है, ठीक इसी कारण से।
हमें लगता है कि बहुत बड़ा द्रव्यमान एक सुराग हो सकता है। हो सकता है कि टॉप क्वार्क इतना विशाल इसलिए हो क्योंकि टॉप क्वार्क नए बलों को महसूस करता है, जो उन चार से परे हैं जिनके बारे में हम पहले से ही जानते हैं। या हो सकता है कि इसका “नई भौतिकी” से कोई और संबंध हो।
हम जानते हैं कि भौतिकी के नियम, जैसा कि हम वर्तमान में समझते हैं, अधूरे हैं। टॉप क्वार्क के व्यवहार का अध्ययन हमें कुछ नया करने का रास्ता दिखा सकता है।
तो क्या उलझाव का अर्थ यह है कि टॉप क्वार्क विशेष हैं?
शायद नहीं। क्वांटम भौतिकी कहती है कि उलझाव आम बात है, और सभी तरह की चीजें उलझ सकती हैं।
लेकिन उलझाव भी नाजुक होता है। क्वांटम भौतिकी के कई प्रयोग अल्ट्रा-कोल्ड तापमान पर किए जाते हैं, ताकि सिस्टम को “टक्कर” लगने और उसे परेशान करने से बचाया जा सके। और इसलिए, अब तक, उलझाव को उन प्रणालियों में प्रदर्शित किया गया है जहाँ वैज्ञानिक माप करने के लिए सही परिस्थितियाँ निर्धारित कर सकते हैं।
तकनीकी कारणों से, शीर्ष क्वार्क का बहुत बड़ा द्रव्यमान इसे उलझाव के अध्ययन के लिए एक अच्छी प्रयोगशाला बनाता है। (नया एटलस माप अन्य पाँच प्रकार के क्वार्क के लिए संभव नहीं होता।)
लेकिन टॉप क्वार्क जोड़े किसी सुविधाजनक नई तकनीक का आधार नहीं बनेंगे: आप लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर को उठाकर इधर-उधर नहीं ले जा सकते। फिर भी, टॉप क्वार्क प्रयोग करने के लिए एक नए तरह का उपकरण प्रदान करते हैं, और उलझाव अपने आप में दिलचस्प है, इसलिए हम यह देखना जारी रखेंगे कि हमें और क्या मिलता है।
पर बड़े हैड्रॉन कोलाइडर जिनेवा में, दुनिया के सबसे बड़े कण त्वरक, एटलस नामक एक प्रयोग ने कणों के जोड़े में उलझाव पाया है टॉप क्वार्कविज्ञान को ज्ञात सबसे भारी कण।
उलझन क्या है?
रोज़मर्रा की ज़िंदगी में हम वस्तुओं को या तो “अलग” या “जुड़े हुए” के रूप में सोचते हैं। एक किलोमीटर की दूरी पर स्थित दो गेंदें अलग-अलग होती हैं। एक धागे से जुड़ी दो गेंदें आपस में जुड़ी होती हैं।
जब दो वस्तुएँ “उलझी हुई” होती हैं, तो उनके बीच कोई भौतिक संबंध नहीं होता – लेकिन वे वास्तव में अलग भी नहीं होतीं। आप पहली वस्तु का माप ले सकते हैं, और यह जानने के लिए पर्याप्त है कि दूसरी वस्तु क्या कर रही है, इससे पहले कि आप उसे देखें।
दोनों वस्तुएँ एक ही प्रणाली बनाती हैं, भले ही उन्हें आपस में जोड़ने वाला कुछ भी न हो। यह शहर के विपरीत दिशा में स्थित फोटॉनों के साथ काम करता हुआ दिखाया गया है।
यह विचार लियू सिक्सिन पर आधारित हालिया स्ट्रीमिंग श्रृंखला 3 बॉडी प्रॉब्लम के प्रशंसकों के लिए परिचित होगा‘sci-fi उपन्यासों में से एक है। शो में, एलियंस ने हमारी तकनीक के साथ छेड़छाड़ करने और उन्हें हमारे साथ संवाद करने की अनुमति देने के लिए, पृथ्वी पर एक छोटा सुपरकंप्यूटर भेजा है। क्योंकि यह छोटी वस्तु एलियन होमवर्ल्ड पर एक जुड़वां के साथ उलझी हुई है, एलियंस इसके साथ संवाद कर सकते हैं और इसे नियंत्रित कर सकते हैं – भले ही यह चार प्रकाश वर्ष दूर हो।
कहानी का वह हिस्सा है कल्पित विज्ञान: उलझाव वास्तव में आपको प्रकाश की तुलना में तेज़ गति से संकेत भेजने की अनुमति नहीं देता है। (ऐसा लगता है कि उलझाव आपको ऐसा करने की अनुमति देता है, लेकिन वैज्ञानिकों के अनुसार क्वांटम भौतिकी यह संभव नहीं है। अब तक, हमारे सभी प्रयोग उस भविष्यवाणी के अनुरूप हैं।)
लेकिन उलझाव अपने आप में वास्तविक है। इसे पहली बार 1980 के दशक में फोटॉन के लिए प्रदर्शित किया गया था, जो उस समय एक अत्याधुनिक प्रयोग था।
आज आप किसी व्यावसायिक प्रदाता से एक ऐसा बॉक्स खरीद सकते हैं जो उलझे हुए फोटॉन के जोड़े को बाहर निकाल देगा। उलझाव क्वांटम भौतिकी द्वारा वर्णित गुणों में से एक है, और यह उन गुणों में से एक है जिसका उपयोग वैज्ञानिक और इंजीनियर नई तकनीकें बनाने के लिए करने की कोशिश कर रहे हैं, जैसे कि क्वांटम कम्प्यूटिंग.
1980 के दशक से, परमाणुओं, कुछ उपपरमाण्विक कणों और यहां तक कि बहुत ही कम कंपन से गुजरने वाली छोटी वस्तुओं के साथ भी उलझाव देखा गया है। ये सभी उदाहरण कम ऊर्जा पर हैं।
जिनेवा से प्राप्त नई जानकारी यह है कि टॉप क्वार्क नामक कणों के जोड़ों में उलझाव देखा गया है, जहां बहुत छोटे स्थान में विशाल मात्रा में ऊर्जा होती है।
तो फिर क्वार्क क्या हैं?
पदार्थ अणुओं से बना होता है; अणु परमाणुओं से बने होते हैं; और परमाणु हल्के कणों से बना होता है जिन्हें इलेक्ट्रॉन कहते हैं जो केंद्र में एक भारी नाभिक की परिक्रमा करते हैं, जैसे सौरमंडल के केंद्र में सूर्य। हम 1911 के आसपास प्रयोगों से यह पहले ही जान चुके थे।
फिर हमने जाना कि नाभिक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बना है, और 1970 के दशक तक हमने पाया कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन क्वार्क नामक और भी छोटे कणों से बने होते हैं।
कुल छह प्रकार के क्वार्क हैं: “अप” और “डाउन” क्वार्क जो प्रोटॉन और न्यूट्रॉन बनाते हैं, और फिर चार भारी क्वार्क। पाँचवाँ क्वार्क, “ब्यूटी” या “बॉटम” क्वार्क, प्रोटॉन से लगभग साढ़े चार गुना भारी है, और जब हमने इसे पाया तो हमें लगा कि यह बहुत भारी है। लेकिन छठा और अंतिम क्वार्क, “टॉप”, एक राक्षस है: टंगस्टन परमाणु से थोड़ा भारी, और प्रोटॉन के द्रव्यमान से 184 गुना अधिक।
कोई नहीं जानता कि टॉप क्वार्क इतना विशाल क्यों है। टॉप क्वार्क लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में गहन अध्ययन का विषय है, ठीक इसी कारण से।
हमें लगता है कि बहुत बड़ा द्रव्यमान एक सुराग हो सकता है। हो सकता है कि टॉप क्वार्क इतना विशाल इसलिए हो क्योंकि टॉप क्वार्क नए बलों को महसूस करता है, जो उन चार से परे हैं जिनके बारे में हम पहले से ही जानते हैं। या हो सकता है कि इसका “नई भौतिकी” से कोई और संबंध हो।
हम जानते हैं कि भौतिकी के नियम, जैसा कि हम वर्तमान में समझते हैं, अधूरे हैं। टॉप क्वार्क के व्यवहार का अध्ययन हमें कुछ नया करने का रास्ता दिखा सकता है।
तो क्या उलझाव का अर्थ यह है कि टॉप क्वार्क विशेष हैं?
शायद नहीं। क्वांटम भौतिकी कहती है कि उलझाव आम बात है, और सभी तरह की चीजें उलझ सकती हैं।
लेकिन उलझाव भी नाजुक होता है। क्वांटम भौतिकी के कई प्रयोग अल्ट्रा-कोल्ड तापमान पर किए जाते हैं, ताकि सिस्टम को “टक्कर” लगने और उसे परेशान करने से बचाया जा सके। और इसलिए, अब तक, उलझाव को उन प्रणालियों में प्रदर्शित किया गया है जहाँ वैज्ञानिक माप करने के लिए सही परिस्थितियाँ निर्धारित कर सकते हैं।
तकनीकी कारणों से, शीर्ष क्वार्क का बहुत बड़ा द्रव्यमान इसे उलझाव के अध्ययन के लिए एक अच्छी प्रयोगशाला बनाता है। (नया एटलस माप अन्य पाँच प्रकार के क्वार्क के लिए संभव नहीं होता।)
लेकिन टॉप क्वार्क जोड़े किसी सुविधाजनक नई तकनीक का आधार नहीं बनेंगे: आप लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर को उठाकर इधर-उधर नहीं ले जा सकते। फिर भी, टॉप क्वार्क प्रयोग करने के लिए एक नए तरह का उपकरण प्रदान करते हैं, और उलझाव अपने आप में दिलचस्प है, इसलिए हम यह देखना जारी रखेंगे कि हमें और क्या मिलता है।
