SLAC ১০০-অ্যাটোসেকেন্ড হার্ড X-ray পালসের রেকর্ড গড়েছে

অতি-দ্রুত X-ray বিজ্ঞানের নতুন মানদণ্ড

মার্কিন জ্বালানি দপ্তরের SLAC National Accelerator Laboratory-ভিত্তিক Linac Coherent Light Source (LCLS)-এর গবেষকেরা একটি X-ray free-electron laser-এ এখন পর্যন্ত রেকর্ড করা সবচেয়ে সংক্ষিপ্ত উচ্চ-শক্তির X-ray পালস পরিমাপ করেছেন। রিপোর্ট করা পালসগুলোর ফোটন শক্তি ছিল প্রায় ৯ কিলোইলেকট্রনভোল্ট এবং স্থায়িত্ব ছিল ১০০ থেকে ৪০০ অ্যাটোসেকেন্ড।

একটি অ্যাটোসেকেন্ড হলো এক সেকেন্ডের এক বিলিয়ন ভাগের এক বিলিয়ন ভাগ। এই সময়মাত্রায় গবেষকেরা ইলেকট্রনের গতি-সহ পদার্থের অত্যন্ত দ্রুত প্রক্রিয়াগুলো অধ্যয়ন করতে চান। ফলাফল Nature Photonics-এ প্রকাশিত হয়েছে।

ফলাফলটি শুধু পালসের স্থায়িত্বের জন্য গুরুত্বপূর্ণ নয়, দলটি সেটি পরিমাপ করতে পেরেছে বলেও গুরুত্বপূর্ণ। SLAC-এর গবেষক এবং গবেষণাপত্রের লেখক Agostino Marinelli-এর মতে, উচ্চ-শক্তির অ্যাটোসেকেন্ড X-ray পালস তৈরি করার পদ্ধতি কয়েক বছরে আয়ত্ত করা হয়েছিল; পালসগুলো মাত্র কয়েকশো অ্যাটোসেকেন্ড স্থায়ী—এটি প্রমাণ করাই ছিল কঠিন কাজ।

হার্ড X-ray গতি ও ভেদনক্ষমতা একত্র করে

পরীক্ষাটি হার্ড বা উচ্চ-শক্তির X-ray-এর ওপর কেন্দ্রীভূত ছিল। প্রায় ৯-keV পালস পরমাণবিক ব্যবস্থার গভীরে অনুসন্ধান করার মতো শক্তিশালী, আবার অতি-দ্রুত সময়মাত্রায় ইলেকট্রনের গতি ধারণ করার মতো সংক্ষিপ্তও। এই সমন্বয় পদার্থকে তার ক্ষুদ্রতম ও দ্রুততম মাত্রায় পরীক্ষা করতে চাওয়া গবেষণার জন্য এগুলোকে প্রাসঙ্গিক করে তোলে।

একটি X-ray free-electron laser-এর ক্ষেত্রে কার্যকর বৈজ্ঞানিক সক্ষমতা প্রতিষ্ঠার জন্য শুধু সংক্ষিপ্ত পালস যথেষ্ট নয়। গবেষকদের পালসের শক্তি, বর্ণালি, আকৃতি ও স্থায়িত্ব নির্ধারণের উপায় প্রয়োজন। এমন diagnostic ছাড়া সুনির্দিষ্ট সময়নির্ভর পরীক্ষার জন্য প্রয়োজনীয় আত্মবিশ্বাসের সঙ্গে অতি-সংক্ষিপ্ত পালস নিশ্চিত করা যায় না।

পালস diagnostic হিসেবে fluorescence ব্যবহার

গবেষণার প্রধান লেখক এবং University of Tokyo-এর Ichiro Inoue amplified spontaneous emission বা ASE-ভিত্তিক একটি পরোক্ষ পরিমাপ পদ্ধতি প্রস্তাব করেন। তীব্রভাবে কেন্দ্রীভূত X-ray পালস কোনো পদার্থকে উত্তেজিত করে সামনের দিকে fluorescence নির্গত করালে ASE ঘটে। মূল X-ray পালসের তথ্য সেই নির্গত fluorescence-এর মধ্যে নিহিত থাকে।

LCLS পরীক্ষায় দলটি এমন একটি beam তৈরি করে, যাতে অ্যাটোসেকেন্ড X-ray রয়েছে বলে ধারণা করা হয়েছিল। beam-এর একটি অংশ এমন detector-এ পাঠানো হয়, যা তার শক্তি ও বর্ণালিগত আকৃতি পরিমাপ করে। অবশিষ্ট beam-টি copper foil-এর ওপর মাত্র ১৫০ ন্যানোমিটার প্রশস্ত একটি বিন্দুতে কেন্দ্রীভূত করা হয়। এই মিথস্ক্রিয়ায় ASE তৈরি হয়, যা দ্বিতীয় detector ধারণ করে।

মূল beam-এর পরিমাপের পাশাপাশি fluorescence signal ব্যবহার করে গবেষকেরা স্থায়িত্বসহ X-ray পালসের বৈশিষ্ট্য অনুমান করতে পারেন। diagnostic-টি প্রমাণ দেয় যে হার্ড X-ray পালসগুলো ১০০ থেকে ৪০০ অ্যাটোসেকেন্ডের মধ্যে ছিল।

পরিমাপ কেন গুরুত্বপূর্ণ

অতি-সংক্ষিপ্ত পালস গবেষণা নির্ভর করে যে ঘটনাটি অধ্যয়ন করা হচ্ছে তার সঙ্গে সময়-পরিমাপের সরঞ্জাম মেলানোর ওপর। দীর্ঘ সময়মাত্রায় দৃশ্যমান রাসায়নিক পরিবর্তনের তুলনায় ইলেকট্রনের গতি অনেক দ্রুত ঘটতে পারে। কয়েকশো অ্যাটোসেকেন্ড স্থায়ী একটি পালস নীতিগতভাবে দীর্ঘতর X-ray flash-এর তুলনায় আরও তীক্ষ্ণ সময়-জানালা দিতে পারে।

তাই নতুন প্রদর্শিত diagnostic হার্ড অ্যাটোসেকেন্ড X-ray উৎপাদনে একটি গুরুত্বপূর্ণ ব্যবহারিক সক্ষমতা যোগ করে। পালসের স্থায়িত্ব সম্পর্কে অনুমানের ওপর নির্ভর না করে গবেষকেরা যাচাই করতে পারেন, beam-এ অতি-দ্রুত পরীক্ষার জন্য প্রয়োজনীয় বৈশিষ্ট্য রয়েছে কি না।

বৈজ্ঞানিক যন্ত্রের উন্নতিতে পরীক্ষামূলক পদ্ধতির ভূমিকাও এই কাজটি তুলে ধরে। রিপোর্ট করা রেকর্ড beam generation, ন্যানোমিটার-স্তরের focusing, একটি copper target এবং দুটি পরিপূরক পরিমাপের সমন্বয় থেকে এসেছে। অতি-দ্রুত beam-কে পরিমাপযোগ্য ফলে রূপ দিতে প্রতিটি উপাদানই প্রয়োজনীয় ছিল।

এরপর কী

মূল নিবন্ধে পালসগুলোকে ক্ষুদ্রতম ও দ্রুততম মাত্রায় কাজের জন্য মূল্যবান বলা হয়েছে। এই দৃষ্টিভঙ্গি এমন গবেষণার দিকে ইঙ্গিত করে, যেখানে উচ্চ-শক্তির X-ray পরমাণবিক ব্যবস্থা অনুসন্ধান করতে পারে এবং অ্যাটোসেকেন্ড timing দ্রুত ইলেকট্রনিক আচরণকে পৃথকভাবে শনাক্ত করতে পারে। নতুন পালস দিয়ে দেখা কোনো নির্দিষ্ট পদার্থ বা প্রক্রিয়া এই ফলাফলে বর্ণনা করা হয়নি; বরং এটি পালসের সক্ষমতা প্রতিষ্ঠা ও যাচাই করেছে।

LCLS এবং বৃহত্তর X-ray free-electron-laser ক্ষেত্রের জন্য এই অগ্রগতি একটি নতুন পরিমাপের মানদণ্ড: প্রায় ৯ keV ফোটন শক্তি ও ১০০ অ্যাটোসেকেন্ড পর্যন্ত স্থায়িত্বের হার্ড X-ray পালস, যা ASE-ভিত্তিক diagnostic-এর মাধ্যমে নিশ্চিত হয়েছে। ভবিষ্যৎ পরীক্ষাগুলো এই ভিত্তির ওপর এগোতে পারে, যখন তাদের হার্ড X-ray-এর ভেদনক্ষমতা এবং অ্যাটোসেকেন্ড বিজ্ঞানের সময়গত রেজোলিউশন—দুটিই প্রয়োজন হবে।

মূল বিষয়

• LCLS ১০০ থেকে ৪০০ অ্যাটোসেকেন্ড স্থায়ী হার্ড X-ray পালস পরিমাপ করেছে।
• পালসগুলোর ফোটন শক্তি ছিল প্রায় ৯ keV।
• দলটি পরোক্ষ diagnostic হিসেবে copper foil থেকে উৎপন্ন amplified spontaneous emission ব্যবহার করেছে।
• গবেষণাটি Nature Photonics-এ প্রকাশিত হয়েছে।

এই নিবন্ধটি Phys.org-এর প্রতিবেদন অবলম্বনে লেখা। মূল নিবন্ধ পড়ুন।