ফোটন কোনো বাধার একপাশে উপস্থিত হতে পারে, এমনকি সেখানে প্রবেশ করার আগেই

Karmela Padavic-Callaghan – কারমেলা পাডাভিক-ক্যালাঘান

কোয়ান্টাম পদার্থবিজ্ঞানের জগতে প্রতিদিনই অদ্ভুত এবং অবিশ্বাস্য ঘটনা ঘটে। সম্প্রতি এক পরীক্ষায় দেখা গেছে, আলোর কণা একটি অত্যন্ত ঠান্ডা পরমাণুর মেঘ (atomic cloud) থেকে বেরিয়ে আসতে পারে, এমনকি সে মেঘে প্রবেশ করার আগেই। এটি অসম্ভব বলে মনে হতে পারে, তবে বিজ্ঞানীরা এটাই লক্ষ্য করেছেন।

যখন আলো কোনো পদার্থের ভেতরে প্রবেশ করে, তখন এর গতি পরিবর্তিত হয়, কারণ আলোর ছোট কণা, যাদের ফোটন বলা হয়, সেই পদার্থের পরমাণুর সাথে মিথস্ক্রিয়া করে। পদার্থের ভেতরের পরমাণুগুলো ফোটন শোষণ করে এবং তারপর সেগুলোকে পুনরায় মুক্তি দেয়, যার ফলে আলোকে ভেতর দিয়ে যেতে সময় লাগে। তবে কিছু বিরল ক্ষেত্রে, একটি ফোটন দেরি না করে তাড়াতাড়ি বেরিয়ে আসতে পারে—এত তাড়াতাড়ি যে মনে হয় এটি পরমাণুর মাধ্যমে শোষিত হওয়ার জন্য নেতিবাচক সময় ব্যয় করেছে।

কানাডার টরন্টো বিশ্ববিদ্যালয়-এর বিজ্ঞানী ড্যানিয়েলা অ্যাঙ্গুলো এবং তার দল একটি পরীক্ষায় অংশ নিয়েছিলেন, যেখানে তারা একটি ফোটনকে কয়েক হাজার রুবিডিয়াম পরমাণুর (rubidium atoms) মধ্যে দিয়ে পাঠিয়েছিলেন। এই পরমাণুগুলোকে প্রায় অ্যাবসোলিউট জিরো (absolute zero) তাপমাত্রা পর্যন্ত ঠান্ডা করা হয়েছিল। যখন পরমাণুগুলো এত ঠান্ডা হয়, তখন তারা কোয়ান্টাম প্রভাবের কারণে অদ্ভুত আচরণ করে, এবং বিজ্ঞানীরা লেজার ও চৌম্বকীয় ক্ষেত্রের মাধ্যমে তাদের কোয়ান্টাম অবস্থা নিয়ন্ত্রণ করতে পারেন।

এই পরীক্ষায় দুটি লেজার রশ্মি ব্যবহার করা হয়েছিল। এক রশ্মি ফোটন বহন করছিল, যেগুলো পরমাণুর দ্বারা শোষিত হয়ে পরে মুক্তি পেয়েছিল। অন্য রশ্মিটি ছিল “প্রোব” (probe), যা শোষিত হয়নি, বরং এটি পরমাণুর কোয়ান্টাম অবস্থায় যে পরিবর্তন ঘটেছে তা চিহ্নিত করেছিল, যখন একটি ফোটন প্রথম রশ্মি থেকে শোষিত হয়েছিল। এটি বিজ্ঞানীদের দেখাতে সক্ষম করে যে একটি পরমাণু কতক্ষণ ধরে ফোটন শোষণ করেছিল।

কোয়ান্টাম ফাজিনেসের কারণে কখনো কখনো আলো পদার্থবিজ্ঞানের নিয়ম ভঙ্গ করে বলে মনে হতে পারে।

বিজ্ঞানীরা লক্ষ্য করেন যে, লেজার রশ্মির ফ্রিকোয়েন্সি এবং পরমাণুর কোয়ান্টাম অবস্থার একটি নির্দিষ্ট সংমিশ্রণ ছিল যা ফোটন শোষণের সময়কে নেতিবাচক বলে মনে হচ্ছিল (arXiv, doi.org/nh6h)। তারা এই অদ্ভুত ফলাফলটি খুঁজে পাওয়ার পর প্রায় দুই বছর ধরে তাদের পরীক্ষা উন্নত করেন এবং এই প্রক্রিয়ার নিশ্চিত ফলাফল পেতে কয়েক সপ্তাহ ধরে তথ্য সংগ্রহ করেন।

কোয়ান্টাম পদার্থবিজ্ঞানে একটি সমঝোতা রয়েছে: আপনি যত বেশি একটি কণা (যেমন ফোটন) পর্যবেক্ষণ করার চেষ্টা করবেন, ততই তার আচরণ পরিবর্তনের ঝুঁকি থাকবে। এ কারণে, বিজ্ঞানীরা ফোটনগুলোর খুব দুর্বল পর্যবেক্ষণ করেন যখন সেগুলো পরমাণুর মেঘের (atomic cloud) মধ্যে ছিল। তবে তারা এই পর্যবেক্ষণটি বারবার করেন, কখনো কখনো ১৫ ঘণ্টা পর্যন্ত একটানা একটি মাত্র তথ্য সংগ্রহের জন্য।

অ্যাফ্রাইম স্টেইনবার্গ, যিনি টরন্টো বিশ্ববিদ্যালয়ের আরেকজন গবেষক, ব্যাখ্যা করেন যে যদিও নেতিবাচক সময়ের ধারণাটি অদ্ভুত শোনাতে পারে, এটি পদার্থবিজ্ঞানের কোনো নিয়ম ভঙ্গ করে না, যেমন আইনস্টাইনের বিশেষ আপেক্ষিকতাবাদ তত্ত্ব। পরীক্ষায় ফোটনগুলো কোনো তথ্য প্রেরণের জন্য ব্যবহার করা হয়নি, তাই এটি কারণ এবং ফলাফলের (কজালিটি) নিয়ম ভঙ্গ করছে না। পরীক্ষাটি কেবল আমাদের আলোর এবং পদার্থের কোয়ান্টাম জগতে কীভাবে মিথস্ক্রিয়া করে সে সম্পর্কে আরও জানতে সহায়তা করে।

অ্যান্ড্রু জর্ডান, যিনি চ্যাপম্যান বিশ্ববিদ্যালয়-এর একজন বিজ্ঞানী, পরীক্ষাটি অসাধারণ বলে প্রশংসা করেন, তবে তিনি পরামর্শ দেন যে এই ফলাফলগুলো সাবধানতার সাথে ব্যাখ্যা করা উচিত। তিনি আইনস্টাইনের একটি বিখ্যাত উক্তি উল্লেখ করেন: “সময় হচ্ছে যেটি ঘড়ি দ্বারা মাপা হয়।” এই পরীক্ষায়, সময়টি ঐতিহ্যবাহী পদ্ধতিতে সরাসরি পরিমাপ করা হয়নি, তাই জর্ডান মনে করেন ভবিষ্যতে আরও সরাসরি পদ্ধতিতে ফোটনের ভেতরে থাকার সময় পরিমাপ করা উচিত।

Karmela Padavic-Callaghan,
Light takes an impossible journey,
New Scientist,
Volume 263, Issue 3510,
2024,
Page 14,
ISSN 0262-4079,
https://doi.org/10.1016/S0262-4079(24)01715-9.
(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0262407924017159)
Abstract: Photons seem able to appear on the other side of an obstacle before they have even gone in

Karmela Padavic-Callaghan