क्वांटम स्पिन लिक्विड में फ्रैक्टॉन खोजने की दिशा में भौतिकविदों का अहम कदम

भौतिकविदों की एक टीम ने फ्रैक्टॉन को क्वांटम भौतिकी की एक असामान्य भविष्यवाणी प्रयोगात्मक हकीकत के करीब लाने की दिशा में एक कदम उठाया है। फ्रैक्टॉन असाधारण क्वासीपार्टिकल हैं, जिनकी भविष्यवाणी पहले क्वांटम स्पिन लिक्विड में की गई थी। एक नए अध्ययन से पता चलता है कि ये एक अधिक यथार्थवादी क्वांटम ठोस-अवस्था मॉडल में भी उभर सकते हैं।

क्वासीपार्टिकल किसी ठोस पदार्थ के भीतर परस्पर क्रिया करने वाले कई कणों के सामूहिक व्यवहार से उत्पन्न होते हैं। उदाहरण के लिए, क्रिस्टल जालक से गुज़रने वाले कंपनों को फोनॉन नामक क्वासीपार्टिकल कहा जाता है। फ्रैक्टॉन इससे भी अजीब हैं: ये अलग-अलग स्पिन व्यवस्थाओं को अलग करने वाली चुंबकीय सीमाओं के कोनों पर दिखते हैं, और इनकी खासियत है इनका बेहद सीमित हिलना। एक अकेला फ्रैक्टॉन लगभग खुद से हिल नहीं सकता; यह केवल अन्य फ्रैक्टॉन के साथ बातचीत से ही अपनी जगह बदल सकता है। शोधकर्ताओं का कहना है कि यही सीमा क्वांटम जानकारी को अधिक मज़बूती से सुरक्षित रखने में मदद कर सकती है।

भौतिकविदों ने भविष्यवाणी की है कि फ्रैक्टॉन कई तरह के तंत्रों में बन सकते हैं, जिनमें क्वांटम स्पिन लिक्विड भी शामिल है। यह क्रिस्टल की एक असामान्य अवस्था है, जिसमें इलेक्ट्रॉनों की चुंबकीय दिशाएं 0 डिग्री केल्विन तापमान पर भी कभी स्थिर नहीं होतीं, और तरल में परमाणुओं की तरह लगातार बदलती रहती हैं। अब तक ऐसी भविष्यवाणियां अत्यंत सामान्यीकृत गेज फील्ड सिद्धांतों पर ही आधारित थीं, और इन फ्रैक्टॉन का कोई सीधा प्रयोगात्मक अवलोकन अब तक नहीं हुआ है।

प्रोफेसर योहानेस रॉयथर और डॉ. निल्स निगेमन के नेतृत्व में हुए एक अध्ययन ने दिखाया कि फ्रैक्टॉन एक अधिक यथार्थवादी क्वांटम ठोस मॉडल में भी बन सकते हैं। इस मॉडल के सिमुलेशन उन क्वांटम प्रभावों को भी शामिल करते हैं, जिन्हें सामान्य मॉडल नज़रअंदाज़ कर देते हैं। इस टीम के पहले के काम में एक दिक्कत आई थी: जब क्वांटम प्रभाव बहुत तेज़ होते थे, तो फ्रैक्टॉन गायब हो जाते थे; जब वे बहुत कमज़ोर होते थे, तो फ्रैक्टॉन केवल सामान्य कणों के रूप में ही बचे रहते थे। स्पिन के बीच की अंतःक्रिया को मॉडल में दर्शाने का तरीका बेहतर बनाकर शोधकर्ताओं ने इस समस्या को हल किया।

रॉयथर ने कहा कि इस जटिल स्पिन अंतःक्रिया को मॉडल में ढालने में प्रायोगिक ठोस-अवस्था भौतिकी के सहयोगियों के साथ निजी बातचीत से मदद मिली। अगली चुनौती है ऐसे असली भौतिक तंत्र खोजना या बनाना, जो इस मॉडल की शर्तों से मेल खाते हों। रिडबर्ग परमाणु सिमुलेटर एक संभावित मंच है, जिससे यह परखा जा सकता है कि कल्पित फ्रैक्टॉन वाकई दिखते हैं या नहीं।