நோபல் 2023 – இயற்பியல் அட்டோநொடியும் நோபல் விருதும்

• அதிவிரைவில் இயங்கும் எலெக்ட்ரான்களைப் படம்பிடிக்கும் வகையில் மிக மிக நுண் கால அளவுகளில் ஒளி சமிக்ஞைகளை உருவாக்கியவர்களுக்கு, 2023ஆம் ஆண்டின் நோபல் இயற்பியல் பரிசு அறிவிக்கப்பட்டுள்ளது. பியர் அகுஸ்தினி (Pierre Agostini), ஃபேரன்ஸ் கிரௌஸ் (Ferenc Krausz), ஆன் லூலியே (Anne L’Huillier) ஆகிய மூவருக்கு இவ்விருது பகிர்ந்தளிக்கப் படுகிறது.

அதிவேக எலெக்ட்ரான் இயக்கம்

• மின்விசிறியின் இறக்கைகள் சுழலாமல் இருக்கும்போது தனித்தனியாகத் தெரியும். அதுவே, சுழன்றுகொண்டிருக்கும்போது, தனித்தனி இறக்கைகளாக இல்லாமல், ஒரு தட்டு சுழல்வதுபோலத் தெரியும். ஏனெனில், ஒரு பொருள் வேகமாகச் செல்லும்போது, வெறும் கண்களால் அதைப் பின்தொடர்ந்து தடம் காண இயலாது.
• மேலும் ஓர் உதாரணம், திரையில் நாம் பார்க்கும் சண்டைக் காட்சி. நாயகன் கையை முறுக்கி, வில்லனை ஒரு குத்துவிட, வில்லன் மெதுவாகச் சுழன்றுபோய் தரையில் விழுவார். நிஜத்தில் ஒருவர் கீழே விழுந்திருந்தால் நாம் இமைக்கும் நேரத்தில் அது நடந்திருக்கும். எத்தனை சுற்று சுற்றினார்கள் என்றெல்லாம் கண்களுக்குத் தெரியாது. ஆனால், ‘அதிவேக நிழற்படக் கருவி’களைப் பயன்படுத்தி இதைக் காண்பிக்க முடியும். திறன்பேசியில் ஒரு முறை படம்பிடிக்கப் பொத்தானை அழுத்துகிறோம். ஒரு நொடிக்குள் ஒரு ஒளிப்படம்தான் எடுக்க முடியும். ஆனால், அதிவேக நிழற்படக் கருவிகள் ஒரு நொடிக்குள் ஆயிரம் முறைகூடப் படம் எடுக்கக்கூடியவை.
• இதுவே அதிவேகத்தில் பயணிக்கும் எலெக்ட்ரான்களைப் படம்பிடிக்க வேண்டுமென்றால், ‘அட்டோநொடி’யில் (attosecond) படம்பிடிக்கும் கருவிகள் வேண்டும்.

அட்டோநொடி என்றால் என்ன 

• ஒரு நொடியைப் பத்து கோடியால் வகுத்தால், அது ஒரு நானோ நொடி. அந்த நானோ நொடியைப் பத்து கோடியால் வகுத்தால் அது ஒரு அட்டோநொடி!
• 1 நொடி = 1000000000000000000 அட்டோநொடிகள்.
• ஒன்றுக்குப் பிறகு 18 பூஜ்ஜியங்கள் உள்ளன. ஒன்றுக்குப் பிறகு 5 பூஜ்ஜியங்கள் இருந்தால் லட்சம்; 7 பூஜ்ஜியங்கள் இருந்தால் கோடி. ஆக, அட்டோநொடி என்பது எவ்வளவு நுண்ணிய கால அளவு என்பது புரிந்திருக்கும். இவ்வளவு குறுகிய கால அளவுகளிலேயே எலெக்ட்ரான்களில் இயக்கம் நடைபெறும். எனவே, அதற்கு ஏற்றவாறு ஒளி சமிக்ஞைகளை உருவாக்க வேண்டும்.
• உருவாக்கிய ஒளித் துடிப்புகளைத் துல்லியமாக ஒரு பொருளின் மீது செலுத்தி, அதில் இயக்கம் எப்படி நடைபெறுகிறது என்பதை அறிந்துகொள்ள வேண்டும். இந்தக் கடினமான காரியங்களைச் சாதுரியமாகச் சாத்தியப்படுத்தியிருக்கிறார்கள், இந்த ஆண்டின் இயற்பியல் நோபல் விருதாளர்கள்.

அட்டோநொடிகள் இயற்பியல் துறை

• 1987ஆம் ஆண்டு, பிரான்ஸ் நாட்டின் ஆய்வகம் ஒன்றில், ஆன் லூலியேவும், சக ஆய்வாளர்களும் ஆற்றல் மிகுந்த அகச்சிவப்பு அலைநீளம் கொண்ட ஒரு லேசர் கதிரை, மந்த வாயுவுக்குள் (noble gas) அனுப்பி, அதன் விளைவை எதிர்நோக்கி இருந்தனர். மந்த வாயு அணுக்களை எதிர்கொண்டு வெளிவந்த லேசர் கதிரை ஆராய்ந்தபோது, எதிர்பார்த்ததைவிட வித்தியாசமான அதிர்வெண்களில் ஒளி அலைகள் வெளிவருவதைக் கண்டறிந்தனர்.
• ஓர் அடிப்படை அதிர்வெண்ணும், அதைவிட அதிக அளவிலான அதிர்வெண் கொண்ட பல்வேறு அலைகளும் இருப்பதைப் பார்த்தபோது, இதற்கான காரணத்தைத் தொடர்ந்து ஆராய்ந்து வந்தார் ஆன் லூலியே. அவர் தற்போது பணிபுரியும் ஸ்வீடனின் லுண்ட் பல்கலைக்கழகத்திலும் இந்த ஆய்வைத் தொடர்ந்தார்.
• வெவ்வேறு அதிர்வெண் கொண்ட ஒளி அலைகள் எப்படி உருவாகின்றன என்னும் ஆன் லூலியேவின் ஆய்வானது, அட்டோநொடிகளில் எப்படி ஒளித் துடிப்புகளை (light pulses) உருவாக்குவது என்னும் அடுத்தடுத்த ஆய்வுகளுக்கு வித்தாக அமைந்தது.
• அடிப்படை அதிர்வெண்ணைவிட அதிக அதிர் வெண்ணில் உருவாகும் அலைகளை மேல்தொனி (overtone) என்பர். ஒரு பாடலைப் பாடும்போது, குறிப்பிட்ட சுருதியில் பாட நினைப்போம். நாம் பாடும் சுருதியில் உள்ள அலைக்குக் குறிப்பிட்ட அதிர்வெண் இருக்கும். ஆனால், அதைவிட அதிகளவில் அதிர்வெண் கொண்ட அலைகளும் உடன் உருவாகும். மொத்தமாகச் சேர்ந்து கேட்கும்போதுதான் நமக்கு ஒருவரின் குரலாகத் தெரிகிறது.
• வெவ்வேறு அதிர்வெண்கள் கொண்ட ‘ஒலி’ அலைகளை எப்படி ஒன்றோடொன்று சேர்த்து, ஓர் இசை கொண்ட பாடலாகக் கோக்கிறோமோ, அதேபோல வெவ்வேறு அதிர்வெண் கொண்ட ‘ஒளி’ அலைகளை எப்படி இணைத்தால், அட்டோநொடிகளில் ஒளித்துடிப்புகளை உண்டாக்க முடியும் என்பதைப் பியர் அகுஸ்தினியும் ஃபேரன்ஸ் கிரௌஸும் கண்டறிந்தனர் (2001).
• அமெரிக்காவின் ஒஹாயோ பல்கலைக்கழகத்தைச் சேர்ந்தவர் பியர் அகுஸ்தினி. ஜெர்மனியின் மாக்ஸ் பிளாங்க், லுட்விக் பல்கலைக்கழகத்தைச் சேர்ந்தவர் ஃபேரன்ஸ் கிரௌஸ். இவ்விருவரும் வெவ்வேறு முறைகளில் அலைகளைக் கோப்பது எப்படி என்ற வழிமுறையைக் கண்டறிந்து, பரிசோதனைகளில் வெற்றியும் கண்டனர்.
• 2001 காலகட்டத்தில், 250 அட்டோநொடிகள் நிலைத்திருக்கும் ஒளித் துடிப்புகளை பியர் அகுஸ்தினி உருவாக்கினார். ஃபேரன்ஸ் கிரௌஸோ 650 அட்டோநொடிகள் நிலைத்திருக்கும் ஒளித் துடிப்புகளை உருவாக்கினார். அட்டோநொடி இயற்பியல் (attosecond physics) என்னும் துறை இன்று கவனம் பெற்றுவருவதற்கு இவர்களின் ஆய்வுகள் முக்கியக் காரணம்.

பயன்கள்

• இயற்பியல் துறை, எலெக்ட்ரான் இயக்கத்தை அறிந்துகொள்ள அட்டோநொடி உதவுவதால், நவீனத் தொழில்நுட்பக் கருவிகள் முதல் மருத்துவம் வரை பல துறைகளில் புதிய பயன்பாட்டைக் கொண்டுவரும். உதாரணமாக, தொடுதிரையில் நாம் தொட்டவுடன் மின்னணு சமிக்ஞை உருவாகி, அதன் மூலம் நமக்குப் பல்வேறு செயல்பாடுகளைத் தருகின்றன திறன்பேசிகள். இந்தச் சமிக்ஞைகளை எப்படி அவை உருவாக்குகின்றன என்பதற்கான ஆழ்ந்த புரிதலை, எலெக்ட்ரான்களின் இயக்கத்தைப் பொறுத்துக் கற்றுக்கொள்ள முடியும்.
• நம்முடைய உடலில் உள்ள எலும்பு எப்படித் தேய்மானம் அடைகிறது, சூடுபட்டால் எப்படி நம்முடைய மூளைக்குத் தெரிகிறது என்பன போன்ற அடிப்படை உயிரியல் செயல்பாடுகளையும் எலெக்ட்ரான் இயக்கம் முடிவுசெய்கிறது.
• இயற்பியலில் நோபல் பெறும் 5ஆவது பெண்: 1901ஆம் ஆண்டு முதல் நோபல் பரிசுகள் வழங்கப்பட்டு வருகின்றன. இத்தனை ஆண்டுகளில், இயற்பியல் துறையில் நோபல் பரிசு பெறவுள்ள ஐந்தாவது பெண், ஆன் லூலியே. பிரான்ஸ் நாட்டில் பிறந்த இவர் (1958),முனைவர் பட்டம் வரை பிரான்ஸ் நாட்டுப் பல்கலைக் கழகங்களில் முடித்தவர். 1990களில் இருந்து ஸ்வீடனின் லுண்ட் பல்கலைக்கழகத்தில் பணிபுரிந்து வருகிறார்.
• நோபல் பரிசு பெற்றதை அறிவிப்பதற்குக் கைபேசியில் அழைப்பு வந்தபோது, வகுப்பில் மாணவர்களுக்கு அவர் பாடம் நடத்திக்கொண்டிருந்தார். தனக்கு நோபல் பரிசு கிடைத்திருக்கிறது என்பதை அறிந்துகொண்டும் எந்தச் சலனமுமின்றி, மீண்டும் வகுப்புக்குச் சென்று, மீதிப் பாடத்தை நடத்திமுடித்திருக்கிறார். எவ்வளவு மன ஒருமைப்பாடு தேவை இதற்கு!
• இரண்டு மகன்களுக்குத் தாயான இவர், ஒரே நேரத்தில் குடும்பத்தையும் கவனித்துக்கொண்டு ஆய்விலும் ஈடுபடுவது சாத்தியமே என்று ஒரு நேர்காணலில் தெரிவித்திருந்தார். அறிவியலில் ஆர்வம் இருந்தால் முனைப்புடன் செயல்படுங்கள் என்று கூறிப் பெண்களுக்கு உத்வேகம் அளிக்கிறார் இவர்.

நன்றி: இந்து தமிழ் திசை (10 - 10 – 2023)