हीलियम के इलेक्ट्रॉनों ने तोड़ी X-रे की ऊर्जा सीमा

कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय सैन डिएगो और TU विएना के शोधकर्ताओं ने मानक सिद्धांत की भविष्यवाणी से ज़्यादा ऊर्जा वाली कोहरेंट X-रे देखी हैं, जिसे वे एक नई क्वांटम अवस्था बता रहे हैं। यह नतीजे नेचर फ़ोटॉनिक्स पत्रिका में प्रकाशित हुए।

'हाई-हार्मोनिक जनरेशन' नामक इस प्रक्रिया में, जब तेज़ लेज़र प्रकाश किसी परमाणु से टकराता है, तो वह परमाणु बहुत ज़्यादा आवृत्ति की रोशनी छोड़ता है, जो कभी-कभी X-रे रेंज तक पहुंच जाती है। इस तकनीक ने 1990 के दशक में TU विएना में रिकॉर्ड नतीजे दिए थे, और बाद में यह 2023 के भौतिकी नोबेल पुरस्कार से सम्मानित काम का हिस्सा बनी। इस्तेमाल किए गए लेज़र के आधार पर, मानक सिद्धांत एक तय ऊर्जा सीमा की भविष्यवाणी करता है, जिसके आगे X-रे उत्पादन तेज़ी से घट जाता है।

TU विएना के फ़ोटॉनिक्स संस्थान के प्रोफ़ेसर टेनियो पोपमिन्चेव ने कहा, 'लेज़र एक अकेले इलेक्ट्रॉन को परमाणु से अलग कर देता है। यह इलेक्ट्रॉन फिर लेज़र के विद्युत क्षेत्र में तेज़ होता है, जब तक कि वह आखिरकार दोबारा परमाणु से टकरा न जाए। इस प्रक्रिया में जो ऊर्जा वह खोता है, वह रोशनी के रूप में निकलती है।' उन्होंने यह उस प्रक्रिया के बारे में बताया जिसे नोबेल पुरस्कार विजेता फ़ेरेंत्स क्राउज़ ने 1990 के दशक में वहां इस्तेमाल किया था। टेनियो पोपमिन्चेव की टीम में पोस्टडॉक शोधकर्ता दिमितार पोपमिन्चेव ने बताया कि लौटता इलेक्ट्रॉन एक सीमा तक लगभग बराबर तीव्रता की कई आवृत्तियां पैदा करता है: 'इस सीमा से ऊपर की आवृत्तियां बहुत कमज़ोर होती हैं; एक तय अधिकतम आवृत्ति को पार करना बिल्कुल संभव नहीं है।'

इसके बाद शोधकर्ताओं ने यह जानना चाहा कि अगर एक की जगह दो इलेक्ट्रॉन शामिल हों तो क्या होगा। हीलियम परमाणुओं पर तेज़ पराबैंगनी (UV) लेज़र पल्स का इस्तेमाल कर, उन्होंने परमाणु के दोनों इलेक्ट्रॉनों को क्रम से हटाया, जिससे यह जोड़ी अलग-अलग व्यवहार करने की बजाय क्वांटम रूप से आपस में जुड़ी रही। दिमितार पोपमिन्चेव ने कहा, 'UV ड्राइविंग पल्स का इस्तेमाल कर, हम दोनों इलेक्ट्रॉनों को ठीक एक ही समय पर परमाणु में लौटने के लिए व्यवस्थित कर सकते हैं। तब दोनों इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा एक साथ निकलती है। और जब ज़्यादा ऊर्जा उपलब्ध होती है, तो एक ज़्यादा ऊर्जा और ज़्यादा आवृत्ति वाला X-रे फ़ोटॉन भी बन सकता है।'

प्रयोग में ठीक वही अतिरिक्त उच्च-ऊर्जा विकिरण सामने आया: कोहरेंट X-रे स्पेक्ट्रम में एक दूसरा, कमज़ोर पठार, जो पहले तय की गई ऊर्जा सीमा से काफ़ी आगे तक फैला हुआ था। यह प्रभाव सिर्फ़ हीलियम में दिखा; आर्गन और नियॉन के वैलेंस इलेक्ट्रॉनों ने ऐसा व्यवहार नहीं दिखाया, जो इस बात का और सबूत है कि हीलियम के दो इलेक्ट्रॉनों के बीच का संबंध ही इस उच्च-ऊर्जा संकेत की वजह है।