Read Time:10 Minute

ഡോ. റിജു സി. ഐസക്ക്

അസോസിയേറ്റ് പ്രൊഫസർ,

ഫിസിക്സ് ഡിപ്പാർട്ട്മെന്റ്, കുസാറ്റ്.

PHYSICS NOBEL TALK

2023 വർഷത്തെ ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിനുള്ള നൊബേൽ സമ്മാനം അമേരിക്കയിലെ പിയറി അഗോസ്റ്റിനി (ഒഹയോ സ്റ്റേറ്റ് യൂണിവേഴ്സിറ്റി), ജർമനിയിലെ ഫെറൻക് ക്രൗസ് (മാക്സ് പ്ലാങ്ക് ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ക്വാണ്ടം ഒപ്റ്റിക്സ്, ലുഡ്വിക് മാക്സ് മിലിയൻ യൂണിവേഴ്സിറ്റി), സ്വീഡനിലെ ആന്‍ ലൂലിയെ (ലുണ്ട് യൂണിവേഴ്സിറ്റി) എന്നിവർക്കാണ്. ഫിസിക്സ് നൊബേൽ അവാർഡുകളുട ചരിത്രത്തിൽ വനിതകൾക്ക് ലഭിക്കുന്ന അഞ്ചാമത്തെ സമ്മാനമാണ് ആൻ ലൂലിയെ നേടുന്നത്.

ദ്രവ്യത്തിലെ ഇലക്‌ട്രോൺ ഡൈനാമിക്‌സിന്റെ പഠനത്തിനായി പ്രകാശത്തിന്റെ അറ്റോസെക്കൻഡ് പൾസുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്ന പരീക്ഷണങ്ങൾക്കാണ് അവാർഡ്.

വളരെ ലളിതവും എന്നാൽ ഏറെ പ്രയോജനമുള്ളതുമായ പരീക്ഷണാത്മക ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിനാണ് അവാർഡ്. ഫെംറ്റോ സെക്കന്റ് (10^^-15 second) ലേസർ ലഭ്യമായിട്ടുള്ള ആർക്കും ഒരു പക്ഷേ ഇത്തരം പരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്താൻ കഴിഞ്ഞേക്കും. എന്നാൽ ഈ പ്രക്രിയ ശരിയായ വിധത്തിൽ മനസ്സിലാക്കുക, പൾസ് അളക്കുക, പൾസ് ദൈർഘ്യം എത്രമാത്രം ചെറുതാണെന്ന് ബോദ്ധ്യപ്പെടുക എന്നതൊക്കെ ഒട്ടും എളുപ്പമല്ല. കൂടാതെ, ഈ കണ്ടെത്തൽ മെറ്റീരിയൽ സയൻസിൽ സൃഷ്ടിച്ചേക്കാവുന്ന പ്രത്യാഘാതങ്ങൾ വളരെ വലുതുമാണ്. മറ്റൊരു മനുഷ്യനിർമ്മിത പ്രക്രിയയ്ക്കും ഇത്രയും ചെറിയ സമയദൈർഘ്യമില്ല! തന്മാത്രാ വൈബ്രേഷനുകൾ ഫെംറ്റോ സെക്കൻഡുകളിലോ അതിൽ കൂടുതലോ സമയത്തിൽ ആണ് സംഭവിക്കുന്നത് എന്നത് ഒരു വസ്തുതയാണ്, ലാറ്റിസ് വൈബ്രേഷനുകൾ പിക്കോസെക്കന്റുകളേക്കാൾ (10^^-12 s) ദൈർഘ്യമേറിയതാണ്, താപ ഫലങ്ങൾ നാനോസെക്കന്റുകളേക്കാൾ (10^^-9 s) ദൈർഘ്യമേറിയതാണ്. എന്നാൽ ഇലക്ട്രോണിക് പ്രക്രിയകൾ ആറ്റങ്ങളിലും തന്മാത്രകളിലും സംഭവിക്കുന്നത് അറ്റോസെക്കൻഡ് (10^^-18 s) ടൈം സ്കെയിലിലാണ്. തത്സമയം ഇലക്ട്രോണിക് ചലനം ചിത്രീകരിക്കാൻ അറ്റോസെക്കൻഡ് പൾസുകൾക്ക് കഴിയും. ഇപ്പോൾ ഈ സുപ്രധാന കണ്ടെത്തലോടെ, തന്മാത്രാ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളിലെ ചാർജ് കൈമാറ്റം, സോളാർ സെല്ലുകളിലെ ചാർജ് ട്രാൻസ്ഫർ പ്രക്രിയകൾ മുതലായവ തത്സമയം ചിത്രീകരിക്കാൻ കഴിയും.

നമുക്കു പരിചിതമായ അതിവേഗ ഫോട്ടോഗ്രാഫിയുമായി ഇതിനെ താരതമ്യം ചെയ്യാം. സ്‌പോർട്‌സ് ഫോട്ടോഗ്രാഫിയിൽ വേഗത്തിലുള്ള ചലനങ്ങൾ പകർത്താൻ ക്യാമറകൾക്ക് വേഗതയേറിയ ഷട്ടർ സ്പീഡ് (മില്ലി സെക്കൻഡ് അതായത്, സെക്കൻഡിന്റെ 1/1000 ഭാഗം) ആവശ്യമാണെന്ന് നമുക്കറിയാം, കാരണം അത്‌ലറ്റ് വളരെ വേഗത്തിലാണ് നീങ്ങുന്നത്. ഒരു ബുള്ളറ്റിന്റെ ചലനം പിടിച്ചെടുക്കാൻ നമുക്ക് ഇതിലും വേഗമേറിയ ഷട്ടർ സ്പീഡ് ആവശ്യമാണ്. ആറ്റങ്ങൾക്ക് ചുറ്റുമുള്ള ഇലക്ട്രോണുകൾ അതിവേഗത്തിൽ നീങ്ങുന്നു, ആ പ്രക്രിയ നിരീക്ഷിക്കുന്നതിന് നമുക്ക് ആറ്റോമിക് ടൈം സ്കെയിലിൽ ഉള്ള ഷട്ടർ സ്പീഡ് (ഏകദേശം 24 അറ്റോസെക്കൻഡ്, അഥവാ 24/1000 000 000 000 000 000 സെക്കൻഡ്) ആവശ്യമാണ്. ഏതാനും ഫെംടോസെക്കൻഡുകൾ (1 fs = 1/1000 000 000 000 000 സെക്കൻഡ്) പൾസ് ദൈർഘ്യമുള്ള ലേസർ ഒരു

ഗ്യാസ് ജെറ്റിലേക്ക് ഫോക്കസ് ചെയ്തുകൊണ്ട് ആൻ ലൂലിയെ ലബോറട്ടറിയിൽ അത്തരം ഹ്രസ്വ പൾസുകൾ ഉൽപ്പാദിപ്പിച്ചു. പിയറി അഗോസ്റ്റിനിയും ഫെറൻക് ക്രൗസും പൾസ് ദൈർഘ്യം അളക്കുകയും മെറ്റീരിയൽ സയൻസ് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കായി ഉപയോഗിക്കുകയും ചെയ്തു.

ഈ പ്രക്രിയ ലേസർ ഗവേഷകരുടെ ഇടയിൽ ഹൈ ഹാർമോണിക് ജനറേഷൻ (HHG) എന്നാണ് അറിയപ്പെടുന്നത്. ഫെംറ്റോസെക്കൻഡുകളുടെ ദൈർഘ്യമുള്ള ഇൻഫ്രാറെഡ് ലേസർ ഉപയോഗിച്ച് ചില ക്രിസ്റ്റലുകളിൽ നമുക്ക് നാലാമത്തെ ഹാർമോണിക്സ് (ഓവർടോണുകൾ) വരെ സൃഷ്ടിക്കാൻ കഴിയും. എന്നാൽ അതിലും ഉയർന്ന ഹാർമോണിക്സിന് ഉയർന്ന ലേസർ തീവ്രതയിലുള്ള ആറ്റങ്ങളിലെ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചലനം ഉപയോഗിക്കുന്നു. തരംഗദൈർഘ്യം ഊർജം കുറഞ്ഞ എക്സ്-റേ (soft x-rays) മേഖലയിലേക്ക് മാറുന്നു, പൾസ് ദൈർഘ്യം അറ്റോസെക്കൻഡുകളിലേക്ക് പോകുന്നു. സോഫ്റ്റ് എക്സ്-റേയുടെ ബീമിന് ലേസറിന്റെ കോഹറൻസ്, ദിശാവ്യതിയാനം ഇല്ലാതെ സഞ്ചരിക്കാനുള്ള കഴിവ് (directionality) മുതലായ എല്ലാ ഗുണങ്ങളും ഉണ്ട്, അതിനാൽ പൾസിന്റെ തീവ്രത കൂടുതലായിരിക്കും. ഭാവിയിൽ ഏറെ സാദ്ധ്യതകൾ ഉള്ള കണ്ടെത്തലുകളാണിവ.

ഹമ്പമ്മട അറ്റോസെക്കൻഡേ!

ഒരു സെക്കൻഡ് എന്തോരോണ്ട് എന്നറിയാലോ? ശരിക്കും ഇച്ചിരിക്കോളം സമയം. കൃത്യമല്ലെങ്കിൽക്കൂടിയും രണ്ടു ഹൃദയമിടിപ്പിന്റെ ഇടേലുള്ള സമയം! ഇനി ആ ഇച്ചിരിക്കോളംപോന്ന സെക്കന്റിന്റെ ആയിരത്തിലൊന്ന് എത്രത്തോളം ഉണ്ടാവും! അയ്യയ്യോ, ആലോചിക്കാൻപോലും ആവുന്നില്ല.

അതാണ് മില്ലിസെക്കൻഡ്!

ആലോചിക്കാൻപോലും സെക്കൻഡുകൾ വേണം. അപ്പോഴാ ഒരു മില്ലിസെക്കൻഡ്! സംഗതി ഇച്ചിരിക്കോളത്തിന്റെ ഇച്ചിരിക്കോളമേ ഉള്ളുവെങ്കിലും ഓട്ടമത്സരത്തിലൊക്കെ പത്തും നൂറും മില്ലിസെക്കൻഡുകൾക്ക് വലിയ വിലയുണ്ട്. ഈ മില്ലിസെക്കന്റിന്റെ ആയിരത്തിലൊന്നിനെക്കുറിച്ച് ചിന്തിച്ചാലോ? അതാണ് മൈക്രോസെക്കൻഡ്!

ഹോ! തല പെരുക്കുന്നു.

തല പെരുക്കാൻ വരട്ടേ…ഈ മൈക്രോസെക്കന്റിന്റെ ആയിരത്തിലൊന്നുള്ള സമയോം ഉണ്ട്. അതാണ് നാനോസെക്കൻഡ്! തല പെരുക്കുവല്ല, തലകറങ്ങിത്താഴെ വീണുപോകും!

ഇനീണ്ട് ചെറുതാക്കാൻ…

നാനോസെക്കൻഡിന്റെ ആയിരത്തിലൊന്നും അളക്കാൻ പറ്റും. അതാണ് പൈക്കോസെക്കൻഡ്! ഇതൊന്നും നമ്മുടെ തലേല് ആലോചിക്കാൻ പറ്റണ കാര്യോന്നല്ല. എന്നാലും പറയാം. ഈ പൈക്കോസെക്കന്റിന്റെ ആയിരത്തിലൊന്ന് സമയോം സയന്റിസ്റ്റുകൾ ഉപയോഗിക്കാറുണ്ട്. അതാണ് ഫെംറ്റോസെക്കൻഡ്!

കഴിഞ്ഞോ?

ഇല്ല കഴിഞ്ഞില്ല! ഈ ഫെംറ്റോസെക്കന്റിന്റെ ആയിരത്തിലൊന്ന്. അതാണു നമ്മുടെ അറ്റോസെക്കൻഡ്!

അങ്ങനെ സെക്കൻഡിന്റെ ആയിരത്തിലൊന്നിന്റെ ആയിരത്തിലൊന്നിന്റെ ആയിരത്തിലൊന്നിന്റെ ആയിരത്തിലൊന്നിന്റെ ആയിരത്തിലൊന്നിന്റെ ആയിരത്തിലൊന്ന്! അതാണു നമ്മുടെ നായിക അറ്റോസെക്കൻഡ്!

ഇത്രേം ചെറിയ സമയദൈർഘ്യത്തേക്കു മാത്രം പ്രകാശിക്കുന്ന ലേസർ കിരണങ്ങൾ ഉണ്ടാക്കിയതുമായി ബന്ധപ്പെട്ടാണ് ഇത്തവണത്തെ ഫിസിക്സിസ് നൊബേൽ സമ്മാനം!