भौतिकविदों ने फिर से वही कर दिखाया है: उन्होंने एक नई क्वांटम अवस्था की खोज की है जो कागज पर पूरी तरह से समझ में आती है और एक सामान्य व्यक्ति के दिमाग में बिल्कुल नहीं। फिजिकल रिव्यू लेटर्स में प्रकाशित एक अध्ययन में, हान्स-क्रिस्टोफ नैगेरल के नेतृत्व में शोधकर्ताओं ने, सीएनआरएस और यूनिवर्सिटी पेरिस-डॉफिन के सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी अल्विस बास्तियानेलो के साथ काम करते हुए, वर्णन किया है कि कैसे एक विदेशी क्वांटम अवस्था जिसे 'फ्रैक्शनल फर्मी सागर' कहा जाता है, को इंजीनियर किया जा सकता है। नाम ही एक अस्वीकृत समुद्री भोजन विशेष की तरह लगता है, लेकिन भौतिकी वास्तव में अजीब है।

इस सफलता में अल्ट्राकोल्ड सीज़ियम परमाणुओं को उनकी सामान्य स्थितियों से बहुत आगे धकेलना शामिल है, बार-बार यह बदलकर कि वे एक-दूसरे को कितनी दृढ़ता से आकर्षित या प्रतिकर्षित करते हैं। केवल अव्यवस्थित होने के बजाय - जो कि हम में से अधिकांश लोग बार-बार तनाव के तहत करते हैं - कण खुद को एक असामान्य विन्यास में पुनर्व्यवस्थित करते हैं जो पारंपरिक रूप से अध्ययन किए गए क्वांटम प्रणालियों से अलग व्यवहार करता है। सैद्धांतिक निष्कर्ष प्रायोगिक भौतिकी विभाग में नैगेरल की टीम द्वारा किए गए हालिया प्रायोगिक शोध की नींव प्रदान करते हैं।

सामान्य परिस्थितियों में, क्वांटम कण सुस्थापित नियमों का पालन करते हैं जो यह निर्धारित करते हैं कि वे खुद को कैसे व्यवस्थित करते हैं, विशेष रूप से अत्यधिक कम तापमान पर। एक महत्वपूर्ण उदाहरण में फर्मियन शामिल हैं, जो कणों की एक श्रेणी है जिसमें इलेक्ट्रॉन भी शामिल हैं। ये कण एक ही क्वांटम अवस्था में नहीं रह सकते, इसलिए वे विशिष्ट प्रतिबंधों के अनुसार उपलब्ध ऊर्जा स्तरों को भरते हैं। बहुत कम तापमान पर, यह व्यवस्था जिसे भौतिकविद फर्मी सागर कहते हैं, उत्पन्न करती है। यह व्यवस्थित, पूर्वानुमेय और - सच कहें तो - थोड़ा उबाऊ है।

लेकिन क्या होता है जब शोधकर्ता जानबूझकर उन स्थितियों को बाधित करते हैं जो सामान्य रूप से कणों के व्यवहार को नियंत्रित करती हैं? जैसा कि अल्विस बास्तियानेलो बताते हैं: "उदाहरण के लिए, फर्मियन उपलब्ध ऊर्जा अवस्थाओं में साफ-सुथरे ढंग से ढेर होकर तथाकथित 'फर्मी सागर' बनाते हैं। लेकिन क्या होता है यदि कोई परस्पर क्रिया करने वाले परमाणुओं को लगातार चरम स्थितियों के माध्यम से चक्रित करने के लिए मजबूर करता है, उन्हें एक-दूसरे को दृढ़ता से प्रतिकर्षित करने से लेकर दृढ़ता से आकर्षित करने तक सुचारू रूप से स्थानांतरित करता है?" यह क्वांटम समकक्ष है कि क्या होता है यदि आप एक बहुत छोटे, बहुत भ्रमित प्रकाश बल्ब पर स्विच को लगातार फ्लिप करते रहें।

इस संभावना की जांच के लिए, शोधकर्ताओं ने एक-आयामी प्रणाली में सीमित अल्ट्राकोल्ड सीज़ियम परमाणुओं का अध्ययन किया। इसका मतलब है कि परमाणु एक ही दिशा में चलने तक सीमित हैं, जिससे एक ऐसा वातावरण बनता है जिसमें उनकी क्वांटम अंतःक्रियाओं का असाधारण नियंत्रण के साथ अध्ययन किया जा सकता है। टीम ने जांच की कि क्या होता है जब इन परमाणुओं के बीच अंतःक्रियाओं को बार-बार समायोजित किया जाता है, शक्तिशाली प्रतिकर्षण और आकर्षण के बीच चक्रित करते हुए।

उनकी गणनाओं ने कुछ अप्रत्याशित प्रकट किया। मूल अवस्था से शुरू करते हुए, सिस्टम के लिए उपलब्ध निम्नतम ऊर्जा विन्यास, परमाणुओं को उनके अंतर्निहित संगठन को खोए बिना एक अत्यधिक उत्तेजित अवस्था में धकेला जा सकता है। शोधकर्ता इस असामान्य व्यवस्था को फ्रैक्शनल फर्मी सागर कहते हैं क्योंकि इसके कण क्वांटम अवस्थाओं के अधिग्रहण को नियंत्रित करने वाले एक संशोधित नियम का पालन करते प्रतीत होते हैं।

"सिस्टम को केवल गर्म करने के बजाय, अंतःक्रिया चक्र परमाणुओं को एक नई बहु-निकाय अवस्था में पुनर्गठित करता है," इस अध्ययन के प्रमुख लेखक यी ज़ेंग कहते हैं। "यह हमें सामान्य संतुलन प्रतिमानों से परे क्वांटम पदार्थ का पता लगाने का एक नियंत्रित तरीका देता है।" दूसरे शब्दों में, उन्होंने क्वांटम एच ए स्केच को हिलाया और गंदगी के बजाय एक उत्कृष्ट कृति प्राप्त की।

फ्रैक्शनल फर्मी सागर की सबसे दिलचस्प विशेषताओं में से एक यह है कि इसके कण व्यवस्थित रहते हैं, भले ही सिस्टम को संतुलन से बहुत दूर धकेल दिया गया हो। भौतिकी में, संतुलन एक ऐसी स्थिति का वर्णन करता है जिसमें एक प्रणाली के समग्र गुण एक स्थिर संतुलन में बस जाते हैं। संतुलन से दूर संचालित प्रणालियाँ जटिल और अप्रत्याशित तरीकों से व्यवहार कर सकती हैं, जिससे उन्हें समझना विशेष रूप से चुनौतीपूर्ण हो जाता है। फिर भी फ्रैक्शनल फर्मी सागर केवल बेतरतीब ढंग से व्यवहार करने वाले उत्तेजित कणों का संग्रह नहीं है। इसके बजाय, इसमें विशिष्ट गणितीय पैटर्न हैं जो एक गहरे...