দুটি ল্যাব স্বতন্ত্রভাবে বিরল কোয়ান্টাম অবস্থায় কোয়ার্টার-ইলেকট্রন চার্জ পরিমাপ করেছে

একটি ইলেকট্রন এক একক ঋণাত্মক চার্জ বহন করে, এবং সাধারণ পদার্থে সেই একক এমনভাবে আচরণ করে যেন তা বিভক্ত করা যায় না। একটি পরমাণু থেকে একটি ইলেকট্রন টেনে বের করলে আপনি একটি সম্পূর্ণ ইলেকট্রন পান, কখনও তার একটি খণ্ড নয়। তাই যখন দুটি পৃথক গবেষণা প্রচেষ্টা এমন একটি উত্তেজনা শনাক্ত করার প্রতিবেদন করে যা ইলেকট্রনের চার্জের মাত্র এক-চতুর্থাংশ বহন করে, তখন এই দাবিটি থেমে ভাবার মতো — কারণ কেউ একটি ইলেকট্রনকে দুইবার অর্ধেক করেনি, বরং বিপুল সংখ্যক ইলেকট্রনের সমষ্টিগত আচরণ ভগ্ন চার্জযুক্ত একটি কণার অনুকরণ করতে পারে।

প্রতিবেদন অনুসারে, স্বতন্ত্রভাবে কাজ করা দুটি পরীক্ষাগার এখন একটি বিরল কোয়ান্টাম অবস্থায় কোয়ার্টার-ইলেকট্রন চার্জ পরিমাপ করেছে। পৃথক দল একই সিদ্ধান্তে পৌঁছেছে এই ঘটনাটি পদার্থবিজ্ঞানের এমন একটি শাখায় তাৎপর্যপূর্ণ যেখানে ক্ষীণ, সহজে ভুল পড়া সংকেত সাধারণ ব্যাপার। যদি এই ফলাফল টিকে থাকে, তবে তারা পরীক্ষকরা যেসব ভগ্ন চার্জ নির্ভুলভাবে নির্ণয় করতে পেরেছেন সেই সংক্ষিপ্ত ও একচেটিয়া তালিকায় একটি নতুন সংযোজন করে।

কেন ইলেকট্রনের চার্জ ভেঙে যাওয়ার কথা নয়

ইলেকট্রন পদার্থবিজ্ঞানের সবচেয়ে ভালোভাবে পরীক্ষিত বস্তুগুলোর একটি। এটি বিন্দু-সদৃশ দেখায়, এর কোনো জানা অভ্যন্তরীণ গঠন নেই, এবং এর চার্জ একটি স্থির, মৌলিক রাশি। আপনি একটি ধনাত্মক চার্জযুক্ত হোল থেকে একটি ইলেকট্রন আলাদা করতে পারেন, দুটি স্বতন্ত্র বাহক তৈরি করতে পারেন, কিন্তু আপনি একটি চার্জকে নিজের থেকে আলাদা করতে পারেন না। যে কোনো প্রক্রিয়া যা অর্ধেক বা এক-চতুর্থাংশ ইলেকট্রন উৎপন্ন করে বলে মনে হয়, তা আপাতদৃষ্টিতে সেই চিত্রের বিরোধিতা করবে।

ঠিক সেজন্যই ভগ্ন চার্জ আকর্ষণীয়। এগুলো একটি ইলেকট্রন ভেঙে ফেলা থেকে উদ্ভূত হয় না। এগুলো বিপুল সংখ্যক ইলেকট্রনের পারস্পরিক ক্রিয়ার ধরন থেকে উদ্ভূত হয়। নির্দিষ্ট কিছু দৃঢ়ভাবে সম্পর্কযুক্ত সিস্টেমে, ইলেকট্রনগুলো স্বাধীন কণার ভিড়ের মতো আচরণ করা বন্ধ করে একটি একক, জড়িয়ে থাকা কোয়ান্টাম তরলের মতো আচরণ শুরু করে। পৃথক ইলেকট্রন সম্পূর্ণ থাকে, কিন্তু তরলের তরঙ্গ — তার সর্বনিম্ন-শক্তির উত্তেজনাগুলো — একটি ইলেকট্রনের চার্জের একটি ভগ্নাংশ বহন করতে পারে।

ভগ্ন কোয়ান্টাম অবস্থা আসলে কী

পদার্থবিদরা এই সিস্টেমগুলোকে কোয়াসিপার্টিকলের ভাষায় বর্ণনা করেন: উদীয়মান বস্তু যা ব্যবহারিক উদ্দেশ্যে কণার মতো আচরণ করে কিন্তু আসলে বহু ইলেকট্রন জুড়ে ছড়িয়ে থাকা সমষ্টিগত ব্যাঘাত। প্রাথমিক চার্জের এক-তৃতীয়াংশ বা এক-চতুর্থাংশযুক্ত একটি কোয়াসিপার্টিকল ইলেকট্রনের একটি টুকরা নয়; এটি গতির একটি ভাগ করা প্যাটার্ন যেখানে চার্জের ঘাটতি বা উদ্বৃত্ত উপাদানগুলোর মধ্যে বিতরণ করা হয়।

ভগ্ন চার্জ বিখ্যাতভাবে পূর্বাভাস দেওয়া হয়েছিল অত্যন্ত শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্রে অত্যন্ত নিম্ন তাপমাত্রায় দ্বি-মাত্রিক সীমাবদ্ধ ইলেকট্রনের জন্য, যে শাসনটি ভগ্ন কোয়ান্টাম হল প্রভাব নামে পরিচিত। পরবর্তী দশকগুলোর পরীক্ষামূলক কাজ নিশ্চিত করেছে যে সেখানকার কোয়াসিপার্টিকল ইলেকট্রনের চার্জের এক-তৃতীয়াংশ এবং এক-পঞ্চমাংশের মতো ভগ্নাংশ বহন করতে পারে, যা অত্যন্ত পরিচ্ছন্ন নমুনা এবং নির্ভুল বৈদ্যুতিক পরিমাপের উপর নির্ভর করে। কোয়ার্টার-চার্জ উত্তেজনা সুপরিচিত ভগ্নাংশগুলোর চেয়ে বিরলতর অবস্থার অন্তর্গত, যা নতুন প্রতিবেদনগুলোকে উল্লেখযোগ্য করে তোলে তার একটি অংশ।

কোয়ার্টার-চার্জ ফলাফল

প্রার্থী প্রতিবেদনগুলো একটি অস্বাভাবিক কোয়ান্টাম অবস্থায় ইলেকট্রনের চার্জের এক-চতুর্থাংশযুক্ত একটি উত্তেজনার দিকে ইঙ্গিতকারী দুটি স্বতন্ত্র পরিমাপ বর্ণনা করে। স্বতন্ত্র নিশ্চিতকরণ পরীক্ষামূলক পদার্থবিজ্ঞানের সবচেয়ে শক্তিশালী মুদ্রা। যখন দুটি দল, তাদের নিজস্ব নমুনা এবং নিজস্ব যন্ত্রপাতি ব্যবহার করে, একই ভগ্ন মানে পৌঁছায়, তখন একটি ত্রুটিপূর্ণ সেটআপ প্রভাবটি উৎপন্ন করেছে এমন সম্ভাবনা তীব্রভাবে কমে যায়।

কোয়ার্টার চার্জ সংখ্যাটির বাইরেও গুরুত্বপূর্ণ। একটি নির্দিষ্ট কোয়ান্টাম অবস্থায় অনুমোদিত ভগ্নাংশগুলো অন্তর্নিহিত টপোলজিক্যাল অর্ডার দ্বারা নির্ধারিত হয় — বিমূর্ত নিয়মবহি যা নিয়ন্ত্রণ করে কীভাবে উত্তেজনাগুলো মিলিত হয় এবং চলে। একটি কোয়ার্টার-চার্জ উত্তেজনা একটি স্বতন্ত্র এবং তুলনামূলকভাবে বিদেশি অর্ডারের সংকেত দেয়, যা তাত্ত্বিকরা তালিকাভুক্ত করেছেন কিন্তু পরীক্ষকদের অনুসন্ধানের সীমিত সুযোগ ছিল।

কীভাবে চার্জের একটি ভগ্নাংশ পরিমাপ করবেন?

আপনি একটি কোয়াসিপার্টিকলকে দাঁড়িপাল্লায় চাপাতে পারেন না। পরিবর্তে, পদার্থবিদরা বৈদ্যুতিক প্রবাহের পরিসংখ্যান থেকে চার্জ অনুমান করেন। শট-নয়েজ পরিমাপ নামে broadly পরিচিত একটি কৌশলে, পরীক্ষকরা একটি প্রবাহে ক্ষুদ্র ওঠানামা দেখেন যখন বিচ্ছিন্ন চার্জ একটি বাধা অতিক্রম করে টানেল করে। সেই ওঠানামার আকার চার্জ বাহকদের আকার প্রকাশ করে, কারণ শব্দ একটি পূর্বানুমেয় উপায়ে চার্জের সাথে স্কেল করে। বিপুল সংখ্যক টানেলিং ঘটনার উপর পুনরাবৃত্তি করে, পরিসংখ্যান একটি কোয়ার্টার-চার্জ সংকেতকে একটি পূর্ণ-চার্জ সংকেত থেকে আলাদা করে।

হস্তক্ষেপ-ভিত্তিক পদ্ধতিগুলো একটি পরিপূরক পথ অফার করে, কোয়াসিপার্টিকলগুলোকে এমন পথে পরিচালনা করে যেখানে তাদের কোয়ান্টাম ফেজ পরিবর্তন তাদের চার্জ এবং তাদের বিদেশি পরিসংখ্যান প্রকাশ করে। যেহেতু এই পরীক্ষাগুলো উৎকৃষ্ট নমুনার গুণমান এবং মিলিকেলভিন-স্কেল তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে, দুটি স্বতন্ত্র প্রচেষ্টার মধ্যে সম্মতি একটি আনুষ্ঠানিকতার চেয়ে বেশি — এটি একটি কৌতূহলী অসঙ্গতি এবং একটি পুনরুৎপাদনযোগ্য ভৌত প্রভাবের মধ্যে পার্থক্য।

কেন প্রতিলিপি এত গুরুত্বপূর্ণ

ভগ্ন চার্জের দাবিগুলো কুখ্যাতভাবে আর্টিফ্যাক্টের প্রতি সংবেদনশীল। অসম্পূর্ণ নমুনা, বিচ্ছুরিত উত্তাপ, এবং সূক্ষ্ম ক্রমাঙ্কন ত্রুটি গবেষকরা যেসব স্বাক্ষর খুঁজছেন তা অনুকরণ করতে পারে। আদর্শ প্রতিকার হলো বিভিন্ন পরীক্ষাগার, বিভিন্ন উৎপাদন পদ্ধতি এবং বিভিন্ন পরিমাপ কৌশল জুড়ে প্রতিলিপি। কোয়ার্টার-ইলেকট্রন চার্জের দুটি স্বতন্ত্র শনাক্তকরণ, যেমনটি এখানে প্রতিবেদন করা হয়েছে, সেই প্যাটার্নের সাথে খাপ খায়: একই পদার্থবিজ্ঞান একাধিক জায়গায় দেখা দিচ্ছে।

তাৎপর্য তত্ত্বেও বিস্তৃত। ভগ্ন মান সীমাবদ্ধ করে একটি উপাদানের কোন মডেলগুলো সঠিক হতে পারে। একটি পরিমাপকৃত কোয়ার্টার চার্জ সরল ব্যাখ্যাগুলো বাদ দেয় এবং আরও জটিল সম্পর্কযুক্ত অবস্থার দিকে ইঙ্গিত করে, তাত্ত্বিকদের পরিমার্জনের জন্য একটি সুনির্দিষ্ট লক্ষ্য দেয়।

কৌতূহল থেকে কম্পিউটিং পর্যন্ত

ভগ্ন কোয়াসিপার্টিকল কেবল একটি কৌতূহল নয়। অ্যানিয়ন নামক উত্তেজনাগুলো ফার্মিয়ন বা বোসন কোনোটিই নয়; যখন它们 একে অপরের চারপাশে সরানো হয়, তখন它们 বিনিময়টি মনে রাখে। সেই স্মৃতিই টপোলজিক্যাল কোয়ান্টাম কম্পিউটিংয়ের প্রস্তাবনার ভিত্তি, যেখানে তথ্য একটি উপাদানের ভঙ্গুর স্থানীয় অবস্থার পরিবর্তে বিশ্বব্যাপী, অ-স্থানীয় বৈশিষ্ট্যে সংরক্ষণ করা হয়, যা এটিকে শব্দের প্রতি আরও প্রতিরোধী করে তোলে।

প্রতিশ্রুতি নির্ভর করে কোন ভগ্নাংশগুলো উপলব্ধ এবং সেগুলো কতটা পরিচ্ছন্নভাবে ব্রেইড ও নিয়ন্ত্রণ করা যায় তার উপর। একটি কোয়ার্টার-চার্জ উত্তেজনা, আরও জটিল টপোলজিক্যাল অর্ডারের সাথে যুক্ত, সরল ভগ্ন অবস্থার চেয়ে সমৃদ্ধ ক্রিয়াকলাপের সেট অফার করতে পারে — কিন্তু কেবল যদি কোয়াসিপার্টিকলগুলো স্থিতিশীল, গতিশীল এবং চাহিদা অনুযায়ী পরিচালনাযোগ্য হয়। চার্জটি বিদ্যমান তা প্রদর্শন করা একটি প্রথম পদক্ষেপ; এটি দিয়ে প্রকৌশল করা অনেক দীর্ঘ পথ।

যে খোলা প্রশ্নগুলো রয়ে গেছে

বেশ কয়েকটি বিষয় এখনও অমীমাংসিত। বিভিন্ন নমুনা এবং ডিভাইস জুড়ে কোয়ার্টার-চার্জ স্বাক্ষর কতটা দৃঢ়? উত্তেজনাগুলোকে নিয়ন্ত্রিত উপায়ে সরানো, আটকে রাখা এবং হস্তক্ষেপ করা যায় কি? এবং它们 কি তত্ত্বের পূর্বাভাসিত বিদেশি বিনিময় পরিসংখ্যানের সম্পূর্ণ সেট প্রদর্শন করে, কেবল চার্জের ভগ্নাংশ নয়?

সেই প্রশ্নগুলোর উত্তর দিতে বর্তমান ফলাফল উৎপন্ন করেছে এমন একই সমন্বয় প্রয়োজন হবে: অতি-পরিচ্ছন্ন উপাদান, চরম পরিস্থিতি, এবং স্বতন্ত্র দলগুলো একে অপরের কাজ যাচাই করছে।

পদার্থবিজ্ঞান জুড়ে ভগ্নায়ন

কোয়ার্টার-চার্জ প্রতিবেদনগুলো সমষ্টিগত সিস্টেম কীভাবে পরিচিত কণার খণ্ডের মতো দেখতে উত্তেজনা উৎপন্ন করে তা অধ্যয়নের একটি বৃহত্তর প্রচেষ্টার মধ্যে অবস্থিত। কোয়ান্টাম সিমুলেটর — আদর্শ মডেল অনুকরণকারী প্রকৌশলকৃত প্ল্যাটফর্ম — এমন প্রক্রিয়া ধারণ করতে ব্যবহৃত হয়েছে যেখানে সীমাবদ্ধ বস্তুকে আলাদা করার প্রচেষ্টা পরিবর্তে নতুন বস্তু উৎপন্ন করে, একটি প্রভাব যা হ্যাড্রনের ভিতরে কোয়ার্ক স্থায়ীভাবে আবদ্ধ থাকার পদ্ধতির কথা মনে করিয়ে দেয়। সাধারণ সূত্রটি হলো উদীয়মান আচরণ: কোনো মৌলিক কিছু ভাঙা হচ্ছে না, তবুও সিস্টেমের উত্তেজনাগুলো এমনভাবে আচরণ করে যা কোনো পৃথক উপাদান করবে না।

এরপর কী দেখবেন

• বিভিন্ন নমুনা প্ল্যাটফর্ম এবং শনাক্তকরণ কৌশল ব্যবহার করে স্বতন্ত্র অনুসরণীয় পরিমাপ।
• কোয়ার্টার-চার্জ উত্তেজনার সাথে থাকা উচিত বিদেশি বিনিময় পরিসংখ্যানের প্রমাণ।
• পৃথক ভগ্ন কোয়াসিপার্টিকল নিয়ন্ত্রণ ও সরানোর দিকে অগ্রগতি।
• কতগুলো উপাদান বা ডিভাইস আর্কিটেকচার জড়িত বিরল অবস্থাটি হোস্ট করতে পারে তার স্পষ্টীকরণ।

আপাতত, শিরোনামটি সরল: দুটি পরীক্ষাগার, পৃথকভাবে কাজ করে, একটি বিরল কোয়ান্টাম অবস্থায় একটি উত্তেজনা ইলেকট্রনের চার্জের এক-চতুর্থাংশ বহন করার প্রতিবেদন করেছে। ইলেকট্রন নিজেই সম্পূর্ণ থাকে। যা পরিমাপ করা হয়েছে তা একটি সমষ্টিগত প্রভাব — এবং একটি স্মারক যে ঘনীভূত পদার্থে সবচেয়ে বিস্ময়কর ঘটনাগুলো প্রায়শই নতুন কণা থেকে নয়, বরং পুরোনো কণাগুলোর সমবেত আচরণ থেকে উদ্ভূত হয়।

এই নিবন্ধটি Interesting Engineering-এর প্রতিবেদনের উপর ভিত্তি করে। মূল নিবন্ধটি পড়ুন।