दशकों से चल रहे शोध के बावजूद, वैज्ञानिक यह समझने की कोशिश कर रहे हैं कि ब्रह्मांड की चार मूलभूत शक्तियां एक साथ कैसे फिट होती हैं। जबकि क्वांटम यांत्रिकी यह बता सकता है कि इनमें से तीन बल चीजें सबसे छोटे पैमाने (विद्युत चुंबकत्व, कमजोर और मजबूत परमाणु बल) पर एक साथ कैसे काम करती हैं, सामान्य सापेक्षता बताती है कि चीजें सबसे बड़े पैमाने (यानी गुरुत्वाकर्षण) पर कैसे व्यवहार करती हैं। इस संबंध में, गुरुत्वाकर्षण होल्डआउट बना हुआ है।
यह समझने के लिए कि गुरुत्वाकर्षण पदार्थ के साथ छोटे से छोटे पैमाने पर कैसे संपर्क करता है, वैज्ञानिकों ने कुछ सही मायने में अत्याधुनिक प्रयोग विकसित किए हैं। इन्हीं में से एक है नासा का शीत परमाणु प्रयोगशाला (सीएएल), आईएसएस पर स्थित है, जिसने हाल ही में बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट्स (बीईसी) के नाम से जाने जाने वाले परमाणुओं के बादल बनाकर एक मील का पत्थर हासिल किया है। यह पहली बार था जब बीईसी को कक्षा में बनाया गया था, और भौतिकी के नियमों की जांच के लिए नए अवसर प्रदान करता है।
मूल रूप से 71 साल पहले सत्येंद्र नाथ बोस और अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा भविष्यवाणी की गई थी, बीईसी अनिवार्य रूप से अल्ट्राकोल्ड परमाणु हैं जो पूर्ण शून्य से ठीक ऊपर तापमान तक पहुंचते हैं, जिस बिंदु पर परमाणुओं को पूरी तरह से चलना बंद कर देना चाहिए (सिद्धांत रूप में)। ये कण लंबे समय तक जीवित रहते हैं और ठीक से नियंत्रित होते हैं, जो उन्हें क्वांटम घटना के अध्ययन के लिए आदर्श मंच बनाता है।
कोल्ड एटम लेबोरेटरी (CAL), जिसमें दो मानकीकृत कंटेनर होते हैं जिन्हें अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर स्थापित किया जाएगा। श्रेय: NASA/JPL-कैल्टेक/टायलर विन्न
यह सीएएल सुविधा का उद्देश्य है, जो एक माइक्रोग्रैविटी वातावरण में अल्ट्राकोल्ड क्वांटम गैसों का अध्ययन करना है। प्रयोगशाला मई के अंत में आईएसएस में यूएस साइंस लैब में स्थापित की गई थी और यह अंतरिक्ष में अपनी तरह की पहली प्रयोगशाला है। इसे वैज्ञानिकों की गुरुत्वाकर्षण की सटीक माप करने की क्षमता को आगे बढ़ाने और यह अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है कि यह छोटे पैमाने पर पदार्थ के साथ कैसे संपर्क करता है।
रॉबर्ट थॉम्पसन के रूप में, सीएएल परियोजना वैज्ञानिक और नासा के जेट प्रोपल्सन प्रयोगशाला में एक भौतिक विज्ञानी ने हाल ही में समझाया प्रेस विज्ञप्ति :
'अंतरिक्ष स्टेशन पर एक बीईसी प्रयोग का संचालन करना एक सपने के सच होने जैसा है। यहां पहुंचने के लिए एक लंबी, कठिन सड़क रही है, लेकिन पूरी तरह से संघर्ष के लायक है, क्योंकि इस सुविधा के साथ हम बहुत कुछ करने में सक्षम होने जा रहे हैं। ”
लगभग दो हफ्ते पहले, सीएएल वैज्ञानिकों ने पुष्टि की कि सुविधा ने रूबिडियम के परमाणुओं से बीईसी का उत्पादन किया था - क्षार समूह में एक नरम, चांदी-सफेद धातु तत्व। उनकी रिपोर्ट के अनुसार, उनका तापमान 100 नैनोकेल्विन जितना कम था, एक केल्विन का एक-दस मिलियन पूर्ण शून्य (-273 डिग्री सेल्सियस; -459 डिग्री फारेनहाइट) से ऊपर था। यह अंतरिक्ष के औसत तापमान से लगभग 3 K (-270 °C; -454 °F) ठंडा है।
उनके अद्वितीय व्यवहार के कारण, बीईसी को गैसों, तरल पदार्थ, ठोस और प्लाज्मा से अलग पदार्थ की पांचवीं अवस्था के रूप में जाना जाता है। बीईसी में, परमाणु मैक्रोस्कोपिक पैमाने पर कणों की तुलना में तरंगों की तरह अधिक कार्य करते हैं, जबकि यह व्यवहार आमतौर पर सूक्ष्म पैमाने पर ही देखा जा सकता है। इसके अलावा, परमाणु सभी अपनी सबसे कम ऊर्जा की स्थिति ग्रहण करते हैं और एक ही तरंग पहचान लेते हैं, जिससे वे एक दूसरे से अप्रभेद्य हो जाते हैं।
कोल्ड एटम लैब के अंदर 'भौतिकी पैकेज', जहां बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट नामक परमाणुओं के अल्ट्राकोल्ड बादल उत्पन्न होते हैं। श्रेय: NASA/JPL-कैल्टेक/टायलर विन्न
संक्षेप में, परमाणु बादल व्यक्तिगत परमाणुओं के बजाय एकल 'सुपर परमाणु' की तरह व्यवहार करना शुरू करते हैं, जिससे उनका अध्ययन करना आसान हो जाता है। पहला बीईसी 1995 में एक प्रयोगशाला में एरिक कॉर्नेल, कार्ल वाइमन और वोल्फगैंग केटरले की एक विज्ञान टीम द्वारा तैयार किया गया था, जिन्होंने अपनी उपलब्धि के लिए भौतिकी में 2001 का नोबेल पुरस्कार साझा किया था। उस समय से, पृथ्वी पर सैकड़ों बीईसी प्रयोग किए गए हैं और कुछ को ध्वनि वाले रॉकेटों पर अंतरिक्ष में भी भेजा गया है।
लेकिन सीएएल सुविधा इस मायने में अनूठी है कि यह आईएसएस पर अपनी तरह की पहली है, जहां वैज्ञानिक लंबी अवधि में दैनिक अध्ययन कर सकते हैं। सुविधा में दो मानकीकृत कंटेनर होते हैं, जिसमें बड़ा 'क्वाड लॉकर' और छोटा 'सिंगल लॉकर' होता है। क्वाड लॉकर में सीएएल का भौतिकी पैकेज है, वह कंपार्टमेंट जहां सीएएल अल्ट्रा-कोल्ड परमाणुओं के बादल पैदा करेगा।
यह 'परमाणु जाल' के रूप में जाना जाने वाला घर्षण रहित कंटेनर बनाने के लिए चुंबकीय क्षेत्र या केंद्रित लेजर का उपयोग करके किया जाता है। जैसे ही परमाणु बादल परमाणु जाल के अंदर विघटित होता है, इसका तापमान स्वाभाविक रूप से गिरता है, यह जितना अधिक समय तक जाल में रहता है, ठंडा होता जाता है। पृथ्वी पर, जब इन जालों को बंद कर दिया जाता है, गुरुत्वाकर्षण के कारण परमाणु फिर से गति करना शुरू कर देते हैं, जिसका अर्थ है कि उनका अध्ययन केवल एक सेकंड के अंशों के लिए किया जा सकता है।
आईएसएस पर, जो कि एक माइक्रोग्रैविटी वातावरण है, बीईसी पृथ्वी पर किसी भी उपकरण की तुलना में ठंडे तापमान पर विघटित हो सकता है और वैज्ञानिक एक बार में पांच से दस सेकंड के लिए अलग-अलग बीईसी का निरीक्षण करने में सक्षम हैं और इन मापों को प्रति दिन छह घंटे तक दोहरा सकते हैं। और चूंकि इस सुविधा को जेपीएल में अर्थ ऑर्बिटिंग मिशन ऑपरेशन सेंटर से दूर से नियंत्रित किया जाता है, इसलिए दिन-प्रतिदिन के संचालन के लिए स्टेशन पर सवार अंतरिक्ष यात्रियों के हस्तक्षेप की आवश्यकता नहीं होती है।
जेपीएल वैज्ञानिक और कोल्ड एटम लैब की परमाणु भौतिकी टीम के सदस्य (बाएं से दाएं) डेविड एवेलिन, एथन इलियट और जेसन विलियम्स। श्रेय: NASA/JPL-कैल्टेक
जेपीएल के खगोल विज्ञान और भौतिकी निदेशालय के मुख्य अभियंता रॉबर्ट शॉटवेल ने फरवरी 2017 से इस परियोजना की देखरेख की है। जैसा कि उन्होंने हाल ही में नासा में संकेत दिया था। प्रेस विज्ञप्ति :
'सीएएल एक अत्यंत जटिल उपकरण है। आमतौर पर, बीईसी प्रयोगों में एक कमरे को भरने के लिए पर्याप्त उपकरण शामिल होते हैं और वैज्ञानिकों द्वारा लगभग निरंतर निगरानी की आवश्यकता होती है, जबकि सीएएल एक छोटे रेफ्रिजरेटर के आकार के बारे में है और इसे पृथ्वी से दूर से संचालित किया जा सकता है। यह एक संघर्ष था और आज अंतरिक्ष स्टेशन पर काम कर रही परिष्कृत सुविधा का उत्पादन करने के लिए आवश्यक सभी बाधाओं को दूर करने के लिए महत्वपूर्ण प्रयास की आवश्यकता है।'
आगे देखते हुए, सीएएल वैज्ञानिक और भी आगे जाना चाहते हैं और तापमान प्राप्त करना चाहते हैं जो पृथ्वी पर हासिल की गई किसी भी चीज़ से कम है। रूबिडियम के अलावा, सीएएल टीम पोटेशियम परमाणुओं के दो अलग-अलग आइसोटोप का उपयोग करके बीईसीएस बनाने की दिशा में भी काम कर रही है। फिलहाल, सीएएल अभी भी एक कमीशनिंग चरण में है, जिसमें संचालन टीम शामिल है जो परीक्षणों की एक लंबी श्रृंखला आयोजित करती है, यह देखती है कि सीएएल सुविधा माइक्रोग्रैविटी में कैसे काम करेगी।
हालांकि, एक बार जब यह चल रहा है और चल रहा है, तो पांच विज्ञान समूह - कॉर्नेल और केटरल के नेतृत्व वाले समूहों सहित - अपने पहले वर्ष के दौरान सुविधा में प्रयोग करेंगे। विज्ञान का चरण सितंबर की शुरुआत में शुरू होने की उम्मीद है और यह तीन साल तक चलेगा। सीएएल के लिए जेपीएल के मिशन मैनेजर कमल औद्रिरी ने कहा:
'इस सुविधा का उपयोग करने के लिए तैयार और उत्साहित वैज्ञानिकों की एक विश्वव्यापी टीम है। विभिन्न प्रकार के प्रयोग जो वे करने की योजना बना रहे हैं, इसका मतलब है कि परमाणुओं को हेरफेर करने और ठंडा करने के लिए कई तकनीकें हैं जिन्हें हमें माइक्रोग्रैविटी के अनुकूल बनाने की आवश्यकता है, इससे पहले कि हम विज्ञान के संचालन को शुरू करने के लिए प्रमुख जांचकर्ताओं को उपकरण सौंप दें। ”
समय को देखते हुए, कोल्ड एटम लैब (CAL) वैज्ञानिकों को यह समझने में मदद कर सकती है कि गुरुत्वाकर्षण सबसे छोटे पैमाने पर कैसे काम करता है। सर्न और दुनिया भर में अन्य कण भौतिकी प्रयोगशालाओं द्वारा किए गए उच्च-ऊर्जा प्रयोगों के साथ, यह अंततः सब कुछ का सिद्धांत (टीओई) और ब्रह्मांड कैसे काम करता है, इसकी पूरी समझ पैदा कर सकता है।
और सीएएल सुविधा के इस शानदार वीडियो (कोई वाक्य नहीं!) को भी देखना सुनिश्चित करें, नासा के सौजन्य से:
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