इलेक्ट्रॉनवर एक ऋण चार्ज एकक असते, आणि सामान्य पदार्थात ते एकक विभाजित होऊ शकत नाही असे वागते. अणूमधून इलेक्ट्रॉन बाहेर काढा, तर तुम्हाला पूर्ण इलेक्ट्रॉन मिळतो, त्याचा तुकडा कधीच नाही. म्हणून जेव्हा दोन स्वतंत्र संशोधन प्रयत्न इलेक्ट्रॉनच्या चार्जाच्या फक्त एक चतुर्थांश वाहून नेणाऱ्या उत्तेजनाचा शोध लावल्याचा अहवाल देतात, तेव्हा त्या दाव्याकडे थोडा वेळ थांबून विचार करणे योग्य आहे — कारण कोणी इलेक्ट्रॉनला दोनदा अर्धा कापला नाही, तर प्रचंड संख्येने इलेक्ट्रॉनांचे सामूहिक वर्तन अपूर्णांक चार्ज असलेल्या कणाचे अनुकरण करू शकते.
अहवालांनुसार, स्वतंत्रपणे काम करणाऱ्या दोन प्रयोगशाळांनी आता दुर्मिळ क्वांटम अवस्थेत चतुर्थांश-इलेक्ट्रॉन चार्ज मोजला आहे. भौतिकशास्त्राच्या एका शाखेत, जिथे अस्पष्ट, सहज चुकीच्या पद्धतीने वाचल्या जाणाऱ्या संकेतांचे प्रमाण नित्याचे आहे, तिथे वेगवेगळ्या संघांनी एकाच निष्कर्षापर्यंत पोहोचणे हे महत्त्वाचे आहे. हे निष्कर्ष टिकून राहिल्यास, प्रयोगकर्त्यांनी निश्चितपणे नोंदवलेल्या अपूर्णांक चार्जांच्या छोट्या आणि अनन्य यादीत ते एक नवीन नोंद जोडतात.
इलेक्ट्रॉनचा चार्ज का विभागला जाऊ नये
इलेक्ट्रॉन भौतिकशास्त्रातील सर्वात चांगल्या प्रकारे चाचणी केलेल्या वस्तूंपैकी एक आहे. तो बिंदूसारखा दिसतो, त्याची कोणतीही ज्ञात अंतर्गत रचना नाही, आणि त्याचा चार्ज एक निश्चित, मूलभूत राशी आहे. तुम्ही इलेक्ट्रॉनला धन चार्ज असलेल्या छिद्रापासून वेगळे करू शकता, ज्यामुळे दोन वेगळे वाहक तयार होतात, परंतु तुम्ही चार्जला स्वतःपासून वेगळे करू शकत नाही. इलेक्ट्रॉनचा अर्धा किंवा चतुर्थांश भाग तयार करणारी कोणतीही प्रक्रिया, वरवर पाहता, त्या चित्राला विरोध करेल.
म्हणूनच अपूर्णांक चार्ज मनोरंजक आहेत. ते इलेक्ट्रॉनचे विभाजन करून उद्भवत नाहीत. ते प्रचंड संख्येने इलेक्ट्रॉनांच्या परस्परसंवादाच्या पद्धतीमुळे उद्भवतात. काही जोरदार सहसंबंधित प्रणालींमध्ये, इलेक्ट्रॉन स्वतंत्र कणांच्या गर्दीसारखे वागणे थांबवतात आणि एकच, गुंतागुंतीचे क्वांटम द्रव म्हणून वागू लागतात. वैयक्तिक इलेक्ट्रॉन पूर्ण राहतो, परंतु द्रवाच्या लहरी — त्याच्या सर्वात कमी-ऊर्जेच्या उत्तेजना — इलेक्ट्रॉनच्या चार्जाचा एक अंश वाहू शकतात.
अपूर्णांक क्वांटम अवस्था म्हणजे काय
भौतिकशास्त्रज्ञ या प्रणालींचे वर्णन क्वासिपार्टिकल्सच्या भाषेत करतात: उदयोन्मुख वस्तू ज्या व्यावहारिक हेतूंसाठी कणांसारख्या वागतात परंतु प्रत्यक्षात अनेक इलेक्ट्रॉनांमध्ये पसरलेल्या सामूहिक विक्षोभ असतात. प्राथमिक चार्जाचा एक तृतीयांश किंवा एक चतुर्थांश असलेला क्वासिपार्टिकल इलेक्ट्रॉनचा तुकडा नाही; तो गतीचा एक सामायिक नमुना आहे ज्यामध्ये चार्जची कमतरता किंवा अधिशेष घटकांमध्ये वितरीत केला जातो.
अपूर्णांक चार्जेसचा प्रसिद्ध अंदाज अत्यंत कमी तापमानात अत्यंत मजबूत चुंबकीय क्षेत्रांमध्ये द्विमितीय पुरते मर्यादित इलेक्ट्रॉनांसाठी वर्तवला गेला होता, ज्याला अपूर्णांक क्वांटम हॉल प्रभाव म्हणून ओळखले जाते. त्यानंतरच्या दशकांमधील प्रायोगिक कार्याने पुष्टी केली की तेथील क्वासिपार्टिकल्स इलेक्ट्रॉनच्या चार्जाचा एक तृतीयांश आणि एक पंचमांश यासारखे अपूर्णांक वाहू शकतात, अत्यंत स्वच्छ नमुने आणि अचूक विद्युत मोजमापांवर आधारित. चतुर्थांश-चार्ज उत्तेजना सर्वात प्रसिद्ध अपूर्णांकांपेक्षा दुर्मिळ अवस्थेशी संबंधित आहेत, ज्यामुळे नवीन अहवाल उल्लेखनीय ठरतात.
चतुर्थांश-चार्ज निकाल
उमेदवार अहवाल एका असामान्य क्वांटम अवस्थेत इलेक्ट्रॉनच्या चार्जाच्या एक चतुर्थांश असलेल्या उत्तेजनाकडे निर्देश करणारी दोन स्वतंत्र मोजमापे वर्णन करतात. स्वतंत्र पुष्टी ही प्रायोगिक भौतिकशास्त्रातील सर्वात मजबूत चलन आहे. जेव्हा दोन गट, त्यांचे स्वतःचे नमुने आणि त्यांची स्वतःची उपकरणे वापरून, एकाच अपूर्णांक मूल्यावर पोहोचतात, तेव्हा एका सदोष सेटअपने परिणाम निर्माण केला असण्याची शक्यता झपाट्याने कमी होते.
चतुर्थांश चार्ज केवळ संख्येपेक्षा अधिक महत्त्वाचा आहे. दिलेल्या क्वांटम अवस्थेतील परवानगी असलेले अपूर्णांक अंतर्निहित टोपोलॉजिकल क्रमाद्वारे ठरवले जातात — उत्तेजना कशा एकत्र येतात आणि हलतात हे नियंत्रित करणारे अमूर्त नियमपुस्तक. चतुर्थांश-चार्ज उत्तेजना एक वेगळा आणि तुलनेने विचित्र क्रम दर्शवते, जो सिद्धांतकारांनी सूचीबद्ध केला आहे परंतु प्रयोगकर्त्यांना तपासण्याच्या मर्यादित संधी मिळाल्या आहेत.
चार्जचा एक अंश कसा मोजायचा?
तुम्ही क्वासिपार्टिकलला तराजूवर ठेवू शकत नाही. त्याऐवजी, भौतिकशास्त्रज्ञ विद्युत प्रवाहाच्या आकडेवारीवरून चार्जचा अंदाज लावतात. शॉट-नॉइज मोजमाप म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या तंत्रात, प्रयोगकर्ते अडथळ्यावरून वेगळे चार्जेस टनेल करताना प्रवाहातील सूक्ष्म चढ-उतार पाहतात. त्या चढ-उतारांचा आकार चार्ज वाहकांचा आकार उघड करतो, कारण आवाज चार्जसह अंदाजे प्रमाणात वाढतो. प्रचंड संख्येने टनेलिंग घटनांवर पुनरावृत्ती केल्यावर, आकडेवारी चतुर्थांश-चार्ज संकेत पूर्ण-चार्जपासून वेगळा करते.
हस्तक्षेप-आधारित दृष्टिकोन एक पूरक मार्ग देतात, क्वासिपार्टिकल्सना अशा मार्गांवर नेऊन जिथे त्यांच्या क्वांटम फेज शिफ्ट त्यांचा चार्ज आणि त्यांची विचित्र आकडेवारी उघड करतात. या प्रयोगांना उत्कृष्ट नमुना गुणवत्ता आणि मिलिकेल्विन-प्रमाणातील तापमानांवर अवलंबून असल्याने, दोन स्वतंत्र प्रयत्नांमधील सहमती ही औपचारिकता नाही — ती एक जिज्ञासू विसंगती आणि पुनरुत्पादक भौतिक प्रभाव यातील फरक आहे.
प्रतिकृती इतकी महत्त्वाची का आहे
अपूर्णांक चार्जचे दावे कलाकृतींसाठी कुप्रसिद्धपणे असुरक्षित असतात. अपूर्ण नमुने, अनावश्यक गरम होणे आणि सूक्ष्म कॅलिब्रेशन त्रुटी संशोधक ज्याचा शोध घेत आहेत ती वैशिष्ट्ये अनुकरण करू शकतात. मानक उपाय म्हणजे वेगवेगळ्या प्रयोगशाळांमध्ये, वेगवेगळ्या उत्पादन पद्धतींमध्ये आणि वेगवेगळ्या मोजमाप धोरणांमध्ये प्रतिकृती. येथे नोंदवल्याप्रमाणे, चतुर्थांश-इलेक्ट्रॉन चार्जचे दोन स्वतंत्र शोध त्या नमुन्यात बसतात: एकच भौतिकशास्त्र एकापेक्षा जास्त ठिकाणी दिसून येते.
याचे महत्त्व सिद्धांतापर्यंतही विस्तारते. अपूर्णांक मूल्ये एखाद्या पदार्थाचे कोणते मॉडेल योग्य असू शकतात हे मर्यादित करतात. मोजलेला चतुर्थांश चार्ज सोप्या स्पष्टीकरणांना बाद करतो आणि अधिक गुंतागुंतीच्या सहसंबंधित अवस्थेकडे निर्देश करतो, ज्यामुळे सिद्धांतकारांना परिष्कृत करण्यासाठी ठोस लक्ष्य मिळते.
जिज्ञासेपासून संगणनापर्यंत
अपूर्णांक क्वासिपार्टिकल्स केवळ एक जिज्ञासा नाहीत. अन्यॉन्स नावाची उत्तेजना फर्मिअन्स किंवा बोसॉन्स नाहीत; जेव्हा ते एकमेकांभोवती हलवले जातात, तेव्हा ते देवाणघेवाण लक्षात ठेवतात. ही स्मृती टोपोलॉजिकल क्वांटम संगणनाच्या प्रस्तावांचा आधार आहे, ज्यामध्ये माहिती नाजूक स्थानिक अवस्थांऐवजी पदार्थाच्या जागतिक, गैर-स्थानिक गुणधर्मांमध्ये साठवली जाते, ज्यामुळे ती आवाजास अधिक प्रतिरोधक बनते.
हे वचन कोणते अपूर्णांक उपलब्ध आहेत आणि ते किती स्वच्छपणे वेणी करून नियंत्रित केले जाऊ शकतात यावर अवलंबून आहे. अधिक जटिल टोपोलॉजिकल क्रमाशी संबंधित चतुर्थांश-चार्ज उत्तेजना सोप्या अपूर्णांक अवस्थांपेक्षा श्रीमंत क्रियांचा संच देऊ शकते — परंतु केवळ जर क्वासिपार्टिकल्स स्थिर, गतिशील आणि मागणीनुसार हाताळणीयोग्य असतील तर. चार्ज अस्तित्वात आहे हे दर्शवणे ही पहिली पायरी आहे; त्यासह अभियांत्रिकी करणे हा खूप मोठा मार्ग आहे.
उर्वरित खुली प्रश्ने
अनेक गोष्टी अद्याप अनिर्णित आहेत. वेगवेगळ्या नमुन्यांमध्ये आणि उपकरणांमध्ये चतुर्थांश-चार्ज स्वाक्षरी किती मजबूत आहे? उत्तेजना नियंत्रित पद्धतीने हलवल्या, अडकवल्या आणि हस्तक्षेप केल्या जाऊ शकतात का? आणि ते केवळ चार्जचा अंशच नाही तर सिद्धांताने वर्तवलेली विचित्र देवाणघेवाण आकडेवारीचा संपूर्ण संच दर्शवतात का?
या प्रश्नांची उत्तरे देण्यासाठी सध्याचे निकाल निर्माण करणारे समान संयोजन आवश्यक असेल: अत्यंत स्वच्छ साहित्य, अत्यंत परिस्थिती आणि एकमेकांचे काम तपासणारे स्वतंत्र गट.
भौतिकशास्त्रातील अपूर्णांकीकरण
चतुर्थांश-चार्ज अहवाल हे सामूहिक प्रणाली परिचित कणांचे तुकडे दिसणाऱ्या उत्तेजना कशा निर्माण करतात याचा अभ्यास करण्याच्या व्यापक प्रयत्नाचा भाग आहेत. क्वांटम सिम्युलेटर — आदर्श मॉडेल्सचे अनुकरण करणारे अभियांत्रिक प्लॅटफॉर्म — अशा प्रक्रिया कॅप्चर करण्यासाठी वापरले गेले आहेत ज्यामध्ये मर्यादित वस्तूंना वेगळे करण्याचा प्रयत्न त्याऐवजी नवीन वस्तू निर्माण करतो, हा प्रभाव हॅड्रॉन्समध्ये क्वार्क कायमचे बांधलेले असतात त्या पद्धतीची आठवण करून देतो. सामान्य सूत्र उदयोन्मुख वर्तन आहे: काहीही मूलभूत तोडले जात नाही, तरीही प्रणालीची उत्तेजना कोणत्याही वैयक्तिक घटकाप्रमाणे वागत नाही.
पुढे काय पाहावे
- वेगवेगळ्या नमुना प्लॅटफॉर्म आणि शोध तंत्रांचा वापर करून स्वतंत्र पाठपुरावा मोजमापे.
- चतुर्थांश-चार्ज उत्तेजनांसोबत असाव्या अशा विचित्र देवाणघेवाण आकडेवारीचे पुरावे.
- वैयक्तिक अपूर्णांक क्वासिपार्टिकल्स नियंत्रित करण्याच्या आणि हलवण्याच्या दिशेने प्रगती.
- या दुर्मिळ अवस्थेचे आयोजन किती साहित्य किंवा उपकरण आर्किटेक्चर करू शकतात याचे स्पष्टीकरण.
सध्या, मथळा सरळ आहे: दोन प्रयोगशाळांनी, स्वतंत्रपणे काम करून, दुर्मिळ क्वांटम अवस्थेत इलेक्ट्रॉनच्या चार्जाचा एक चतुर्थांश वाहून नेणाऱ्या उत्तेजनाचा शोध लावल्याचा अहवाल दिला आहे. इलेक्ट्रॉन स्वतः पूर्ण राहतो. जे मोजले गेले आहे तो एक सामूहिक प्रभाव आहे — आणि ही आठवण की घन पदार्थातील सर्वात आश्चर्यकारक घटना बऱ्याचदा नवीन कणांमुळे नाही, तर जुन्या कणांच्या एकत्रित वर्तनामुळे उद्भवतात.
हा लेख Interesting Engineering च्या अहवालावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.
Originally published on interestingengineering.com
