भौतिकविदों ने विद्युत शोर सुना, पता चला कि इलेक्ट्रॉन शुरू से ही जोड़े बना रहे थे
भौतिकविदों ने एक क्यूप्रेट सुपरकंडक्टर के विद्युत शोर को सुना और पाया कि इलेक्ट्रॉन शुरू से ही जोड़े बना रहे थे - यह साबित करते हुए कि कभी-कभी उत्तर बस सुनने में होता है।
सुपरकंडक्टर बिना प्रतिरोध के बिजली का संचालन करते हैं, एक ऐसी उपलब्धि जो उनमें से अधिकांश केवल पूर्ण शून्य से कुछ डिग्री ऊपर ही हासिल कर पाते हैं - यानी ऐसे तापमान पर जहां "व्यावहारिक अनुप्रयोग" अभी भी एक दूर का सपना है। 1980 के दशक के अंत में, तांबे-आधारित सामग्रियों जिन्हें क्यूप्रेट्स कहा जाता है, को उच्च तापमान पर सुपरकंडक्टिंग करते हुए पाया गया, जो सस्ती तरल नाइट्रोजन से प्राप्त किया जा सकता है। लगभग 40 साल बाद भी, भौतिकविदों में इस बात पर सहमति नहीं है कि ऐसा क्यों होता है। यह तब होता है जब आप किसी चीज़ के काम करने की खोज कर लेते हैं, उसे समझने से पहले - एक ऐसी स्थिति जो हर उस व्यक्ति को परिचित है जिसने कभी कंप्यूटर को रीस्टार्ट करके ठीक किया है।
हाल ही में साइंस जर्नल में प्रकाशित एक अध्ययन में, लुडविग मैक्सिमिलियन यूनिवर्सिटी ऑफ म्यूनिख के मिलान एलन और नीदरलैंड की यूट्रेक्ट यूनिवर्सिटी के इंगमार स्वार्ट के नेतृत्व में एक टीम ने क्यूप्रेट में बहने वाली धारा की हल्की विद्युत चटचटाहट को सुनकर कुछ उत्तर खोजे हैं। हां, उन्होंने सचमुच शोर सुना। यह बिल्कुल "इसे बंद करके फिर से चालू करें" जैसा नहीं है, लेकिन करीब है।
रहस्य का केंद्र एक अजीब अवस्था है जिसे स्यूडोगैप कहा जाता है। "स्यूडोगैप गायब इलेक्ट्रॉनों की एक घटना है," एलन ने कहा। जिस तापमान पर क्यूप्रेट्स सुपरकंडक्टिंग हो जाते हैं, उससे ऊपर, उनके कुछ इलेक्ट्रॉन गायब होते दिखते हैं - मापन में उनकी ऊर्जाओं पर बहुत कम इलेक्ट्रॉन मिलते हैं जहां उन्हें होना चाहिए। "हर कोई जानता है कि विभिन्न जांचों से, आप देखते हैं कि ये गायब होते इलेक्ट्रॉन हैं, लेकिन कोई नहीं जानता कि क्यों," एलन ने कहा। यह भौतिकी में उस स्थिति के बराबर है जब आप अपनी चाबियां खो देते हैं और उन्हें आखिरी जगह पर पाते हैं जहां आप देखते हैं, सिवाय इसके कि चाबियां मौलिक कण हैं और आखिरी जगह एक क्वांटम अवस्था है।
दशकों से, भौतिकविदों ने दो मुख्य प्रतिस्पर्धी स्पष्टीकरण सामने रखे हैं। पहला परिकल्पना करता है कि इलेक्ट्रॉन किसी प्रकार की संरचना में फंस जाते हैं - चार्ज डेंसिटी वेव्स जैसे पैटर्न में जम जाते हैं - और सुपरकंडक्टिविटी अलग से विकसित होती है। वैकल्पिक स्पष्टीकरण इस घटना को सुपरकंडक्टिविटी से गहराई से जोड़ता है। "अन्य लोग सोचते हैं कि वे इसलिए गायब हैं क्योंकि वे जोड़े बनाते हैं," एलन ने कहा। इलेक्ट्रॉनों के जोड़े, जिन्हें कूपर पेयर कहा जाता है, सुपरकंडक्टर में धारा का वहन करते हैं। यदि ये जोड़े सामग्री के सुपरकंडक्टिंग होने से पहले प्रकट होते हैं, तो वे सुपरकंडक्टिविटी की पूर्व शर्त होंगे - एक प्रकार का प्रतीक्षा कक्ष, जहां जोड़े मौजूद हैं लेकिन अभी तक एक साथ कदम से कदम मिलाकर नहीं चल सकते। एक डांस फ्लोर की कल्पना करें जहां सबका साथी है लेकिन कोई कोरियोग्राफी पर सहमत नहीं है।
इसे सुलझाना अत्यंत कठिन साबित हुआ। "बहुत सारे अलग-अलग प्रयोगात्मक संकेत इसके अंदर मिले हुए हैं," एलन ने कहा। अलग-अलग उपकरण सब कुछ देखते हैं, लेकिन उनके रीडिंग, एलन ने कहा, कभी भी निर्णायक नहीं होते। "यह हमेशा कुछ असंगत, समझना मुश्किल होता है," उन्होंने कहा। शोधकर्ताओं को जो चाहिए था वह जोड़ों को सीधे देखने का एक तरीका था, और एलन और उनके सहयोगियों ने इसे समझ लिया।
टीम ने शॉट नॉइज़ सुनने का फैसला किया - विद्युत धारा की धारा बनाने वाले व्यक्तिगत आवेशों के आगमन के कारण होने वाले छोटे उतार-चढ़ाव। एलन कहते हैं कि यह छत पर बारिश की थाप जैसा लगता है। "अगर आप कल्पना करें कि आपके पास बारिश की बूंदें हैं और फिर अचानक आप बूंदों को दोगुना भारी कर दें, तो अधिक शोर होगा," एलन ने कहा। "इलेक्ट्रॉनों के साथ भी ऐसा ही है। यदि दो इलेक्ट्रॉन हमेशा एक साथ आ रहे हैं, क्योंकि वे जोड़ी बनाने से जुड़े हैं, तो अधिक शोर होगा।" तो अगली बार जब कोई शोरगुल वाले इलेक्ट्रॉनिक्स की शिकायत करे, तो उन्हें बताएं कि यह सिर्फ इलेक्ट्रॉनों का जोड़ी बनाना हो सकता है।
शोधकर्ताओं ने यह मापन स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप से किया, जिसने सुई-नुकीली टिप और क्यूप्रेट नमूने के बीच धारा प्रवाहित की, जिससे उन्हें विशिष्ट ऊर्जा स्तरों और सतह पर विभिन्न स्थानों पर शोर सुनने की सुविधा मिली। पारंपरिक सुपरकंडक्टर्स में, जोड़ी बनाना शोर में स्पष्ट दोहरीकरण उत्पन्न करता है। क्यूप्रेट्स में, संकेत बहुत कमजोर होता है, क्योंकि एकल इलेक्ट्रॉन जोड़ों के साथ-साथ बहते रहते हैं। यह एक भीड़ भरे कमरे में युगल गीत सुनने की कोशिश करने जैसा है जहां अधिकांश लोग एकल गा रहे हैं।
जोड़ों को पहचानने के लिए उपकरण को इतना संवेदनशील बनाने में वर्षों लगे। "इसमें बहुत प्रतिभाशाली और दृढ़ छात्रों की आवश्यकता थी जिन्होंने काम किया, मुझे नहीं पता, [वर्षों तक]," एलन ने कहा।
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