ஹீலியம் எலக்ட்ரான்கள் X-கதிர் ஆற்றல் எல்லையை முறியடிக்கின்றன

கலிபோர்னியா பல்கலைக்கழகம் சான் டியாகோ மற்றும் வியன்னா தொழில்நுட்பப் பல்கலைக்கழகம் (TU Wien) ஆய்வாளர்கள், வழக்கமான கோட்பாடு கணிக்கும் எல்லையை விட அதிக ஆற்றல் கொண்ட ஒத்திசைவு X-கதிர்களை (coherent X-rays) கண்டறிந்துள்ளனர்; இது ஒரு புதிய குவாண்டம் நிலையை வெளிப்படுத்துவதாக அவர்கள் விவரிக்கின்றனர். இம்முடிவுகள் நேச்சர் ஃபோட்டானிக்ஸ் ஆய்விதழில் வெளியிடப்பட்டன.

'ஹை-ஹார்மோனிக் ஜெனரேஷன்' என அழைக்கப்படும் இப்பின்புலச் செயல்முறை, தீவிர லேசர் ஒளி சில அணுக்களைத் தாக்கும்போது நிகழ்கிறது; இதனால் அவ்வணுக்கள் மிக அதிக அதிர்வெண்களில், சில நேரங்களில் X-கதிர் வரம்பை எட்டும் வகையில், ஒளியை வெளியிடுகின்றன. இந்த நுட்பம் 1990களில் TU Wien-இல் சாதனை முடிவுகளை உருவாக்கியது; பின்னர் இது 2023ஆம் ஆண்டு இயற்பியலுக்கான நோபல் பரிசு அங்கீகரித்த பணியின் ஒரு பகுதியாக மாறியது. பயன்படுத்தப்படும் லேசரைப் பொறுத்து, அதற்கு அப்பால் X-கதிர் உற்பத்தி வெகுவாகக் குறையும் ஒரு உறுதியான ஆற்றல் எல்லையை வழக்கமான கோட்பாடு கணிக்கிறது.

'லேசர் ஓர் ஒற்றை எலக்ட்ரானை அணுவிலிருந்து பிடுங்கிவிடுகிறது. அந்த எலக்ட்ரான் பின்னர் லேசரின் மின்புலத்தில் முடுக்கப்பட்டு, இறுதியில் அணுவுடன் மீண்டும் மோதுகிறது. இச்செயலில் அது இழக்கும் ஆற்றல் ஒளியாக வெளியிடப்படுகிறது' என்று TU Wien-இன் ஃபோட்டானிக்ஸ் நிறுவனத்தைச் சேர்ந்த பேராசிரியர் டெனியோ பாப்மின்ட்சேவ் கூறினார்; 1990களில் நோபல் பரிசு பெற்ற ஃபெரென்ஸ் க்ரௌஸ் அங்கு பயன்படுத்திய பொறிமுறையை இவ்வாறு அவர் விவரித்தார். திரும்பும் எலக்ட்ரான், ஏறத்தாழ சம தீவிரத்துடன் பல அதிர்வெண்களை ஒரு உச்ச எல்லை வரை உருவாக்குகிறது என்று டெனியோவின் குழுவில் பட்டமேற்படிப்புக்குப் பிந்தைய ஆய்வாளரான டிமிடர் பாப்மின்ட்சேவ் கூறினார்: 'இந்த எல்லைக்கு மேலான அதிர்வெண்கள் மிகவும் பலவீனமானவை; ஒரு குறிப்பிட்ட அதிகபட்ச அதிர்வெண்ணைத் தாண்ட முடியவே முடியாது.'

ஒற்றை எலக்ட்ரானுக்குப் பதிலாக இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் பங்கேற்றால் என்ன நடக்கும் என்பதை ஆய்வாளர்கள் அடுத்து ஆராய்ந்தனர். ஹீலியம் அணுக்களில் தீவிர புற ஊதா (UV) லேசர் துடிப்புகளைப் பயன்படுத்தி, அணுவின் இரு எலக்ட்ரான்களையும் தொடர்ச்சியாக அகற்றினர்; அந்த ஜோடி தனித்தனியாக இயங்காமல் குவாண்டம் அளவில் ஒன்றுக்கொன்று தொடர்புடையதாகவே இருந்தது. 'UV இயக்கு துடிப்புகளைப் பயன்படுத்தி, இரு எலக்ட்ரான்களும் சரியாக ஒரே நேரத்தில் அணுவுக்குத் திரும்பும்படி நாங்கள் ஏற்பாடு செய்யலாம்' என்று டிமிடர் பாப்மின்ட்சேவ் கூறினார். 'அப்போது இரு எலக்ட்ரான்களின் ஆற்றலும் ஒரே நேரத்தில் வெளியிடப்படுகிறது. மேலும் ஆற்றல் கிடைக்கும்போது, அதிக அதிர்வெண் கொண்ட ஒரு உயர்-ஆற்றல் X-கதிர் ஃபோட்டானையும் உருவாக்க முடியும்.'

சோதனை அச்சரியப்படும் அளவுக்கு அந்தக் கூடுதல் உயர்-ஆற்றல் கதிர்வீச்சை வெளிப்படுத்தியது: முன்பு நிறுவப்பட்ட ஆற்றல் வரம்பையும் தாண்டி நீளும், ஒத்திசைவு X-கதிர் நிறமாலையில் இரண்டாவது, பலவீனமான ஒரு பீடபூமி. இவ்விளைவு ஹீலியத்தில் மட்டுமே தோன்றியது; ஆர்கானிலும் நியானிலும் உள்ள வேலன்ஸ் எலக்ட்ரான்கள் இதே நடத்தையைக் காட்டவில்லை — இது ஹீலியத்தின் இரு எலக்ட்ரான்களுக்கிடையேயான தொடர்பே இந்த உயர்-ஆற்றல் சமிக்ஞைக்குக் காரணம் என்பதற்கான கூடுதல் சான்றை அளிக்கிறது.