परमाणु नाभिक का छिपा चुंबकत्व सुलझा सकता है रहस्यमयी गामा किरणों की पहेली

परमाणु भौतिकी की एक दशकों पुरानी पहेली अब आख़िरकार सुलझ सकती है: कुछ परमाणु नाभिक वैज्ञानिकों की उम्मीद से ज़्यादा कम-ऊर्जा वाली गामा किरणें क्यों छोड़ते हैं? फ़ैसिलिटी फ़ॉर रेयर आइसोटोप बीम्स (FRIB) के नेतृत्व में और लॉरेंस लिवरमोर नेशनल लेबोरेटरी (LLNL) के शोधकर्ताओं के साथ हुआ यह अध्ययन नेचर पत्रिका में प्रकाशित हुआ है, जो परमाणु नाभिक की संरचना पर नई जानकारी देता है — इसका असर खगोल भौतिकी, परमाणु ऊर्जा, राष्ट्रीय सुरक्षा और परमाणु फ़ॉरेंसिक पर पड़ सकता है।

गामा किरणें दृश्य प्रकाश और रेडियो तरंगों जैसी ही एक विद्युत-चुंबकीय विकिरण हैं, जो रेडियोधर्मी क्षय के दौरान उत्तेजित परमाणु नाभिक के ऊर्जा खोकर निचली, स्थिर अवस्थाओं में जाने पर निकलती हैं। दशकों से वैज्ञानिकों ने देखा है कि कुछ नाभिक अप्रत्याशित रूप से बड़ी संख्या में कम-ऊर्जा गामा किरणें छोड़ते हैं — इसे 'लो-एनर्जी एन्हांसमेंट' कहा जाता है, जो हर नाभिक में नहीं दिखता। अध्ययन की प्रमुख लेखिका और FRIB की पूर्व पीएचडी छात्रा एलेनोर रॉनिंग कहती हैं, "इस लो-एनर्जी एन्हांसमेंट का सिद्धांत से पहले अनुमान नहीं लगाया गया था, इसलिए जब इसे पहली बार देखा गया तो यह वैज्ञानिक समुदाय के लिए एक झटका जैसा था। यह अनुमान लगाना मुश्किल है कि यह कहाँ होता है — हमें नहीं पता कि कौन-से नाभिक इसे दिखाएँगे।"

नए नतीजे मज़बूत सबूत देते हैं कि नाभिक के भीतर होने वाले चुंबकीय संक्रमण ही इस प्रभाव के लिए ज़िम्मेदार हैं। अध्ययन की सह-प्रमुख, LLNL की पूर्व पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता और अब ओहायो विश्वविद्यालय में असिस्टेंट प्रोफ़ेसर आंद्रेया रिचर्ड कहती हैं, "यह एक अहम क़दम है। अब हमारे पास एक सुसंगत व्याख्या है जो प्रयोगात्मक अवलोकनों को सिद्धांत से जोड़ती है।"

इसकी जाँच के लिए शोधकर्ताओं ने एक रेडियोधर्मी कॉपर आइसोटोप के ज़िंक में क्षय होने पर निकलने वाली गामा किरणों को मापा। FRIB के विशेष उपकरणों ने टीम को दो अलग-अलग क्षय अवस्थाओं को अलग कर उनकी अलग-अलग जाँच करने दी: एक विद्युत संक्रमण था, जिसमें नाभिक के भीतर प्रोटॉन ने अपनी स्थिति बदली, और दूसरा चुंबकीय संक्रमण, जिसमें न्यूट्रॉन और प्रोटॉन ने अपने आंतरिक चुंबक पलट दिए। केवल चुंबकीय संक्रमण ने ही गामा किरणों में लो-एनर्जी एन्हांसमेंट पैदा किया, जिससे साबित हुआ कि यह प्रभाव प्रकृति में चुंबकीय है।

यह अध्ययन सिर्फ़ एक नाभिक पर केंद्रित था, फिर भी शोधकर्ताओं का कहना है कि ये निष्कर्ष तत्वों और अभिक्रियाओं की एक बहुत व्यापक श्रेणी के लिए परमाणु मॉडल बेहतर बना सकते हैं। LLNL वैज्ञानिक डैरेन ब्लूएल कहते हैं, "इन खोजों पर आधारित बेहतर सिद्धांत का उपयोग करके हम अपने भंडार के प्रदर्शन और पिछले परीक्षण कार्यक्रमों के नतीजों की व्याख्या की समझ सुधार सकते हैं। इसके अलावा, हम परमाणु फ़ॉरेंसिक — यानी यह तय करने की हमारी क्षमता कि कोई परमाणु घटना हुई है या नहीं, और उसका सबसे संभावित स्रोत पहचानने की क्षमता — भी बेहतर बना सकते हैं।" ये निष्कर्ष तारों, सुपरनोवा और न्यूट्रॉन तारों के विलय में होने वाली परमाणु अभिक्रियाओं — जिनमें भारी तत्वों के बनने की अभिक्रियाएँ भी शामिल हैं — को बेहतर ढंग से मॉडल करने में भी मदद कर सकते हैं।