अब परमाणु के अंदर झाँकना मुमकिन! वैज्ञानिकों ने रेडियम अणु के ज़रिए नाभिक के रहस्यों को पढ़ा

परमाणु के नाभिक की आंतरिक कार्यप्रणाली का अध्ययन करने के लिए, वैज्ञानिक पारंपरिक रूप से इलेक्ट्रॉनों द्वारा नाभिकों को अलग करने के लिए परिष्कृत कण संघट्टकों पर निर्भर रहे हैं। इन संघट्टकों के लिए अक्सर बड़ी सुविधाओं की आवश्यकता होती है, जिनमें से कुछ किलोमीटर तक फैली होती हैं, जो नाभिकों के भीतर के रहस्यों की खोज में इलेक्ट्रॉनों को अत्यधिक गति प्रदान कर सकती हैं। एक नए अध्ययन में, शोधकर्ता एक सरल, बहुत छोटे पैमाने का विकल्प सुझाते हैं। उन्होंने बिना किसी शोर-शराबे के नाभिक के अंदर से डेटा एकत्र किया, इसके बजाय एक द्विपरमाणुक अणु के भीतर एक परमाणु के अपने इलेक्ट्रॉनों को “संदेशवाहक” के रूप में शामिल किया। उन्होंने एक रेडियम परमाणु को एक फ्लोराइड परमाणु के साथ जोड़कर रेडियम मोनोफ्लोराइड का एक अणु बनाया। अंतराआणविक वातावरण के गुणों का लाभ उठाते हुए, उन्होंने एक प्रकार का सूक्ष्म संघट्टक बनाया जिसमें रेडियम परमाणु के इलेक्ट्रॉन कुछ समय के लिए उसके नाभिक में घुस गए।

इससे शोधकर्ताओं को अणु के भीतर इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा की सटीक निगरानी करने में मदद मिली, जिससे एक सूक्ष्म ऊर्जा परिवर्तन का पता चला। इलेक्ट्रॉन स्पष्टतः रेडियम नाभिक में संक्षिप्त भ्रमण कर रहे थे और उसकी सामग्री के साथ परस्पर क्रिया कर रहे थे। यह नाभिक के चुंबकीय वितरण को मापने का एक नया तरीका हो सकता है, या यह भी कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की व्यवस्था उसके चुंबकीय गुणों को कैसे प्रभावित करती है। शोधकर्ताओं का कहना है कि यह नया अध्ययन एक प्रारंभिक चरण है, लेकिन वे इस तकनीक का उपयोग रेडियम नाभिक पर नई रोशनी डालने के लिए करने की योजना बना रहे हैं। इस तरह की अंतर्दृष्टि भौतिकी के प्रमुख रहस्यों को सुलझाने में मदद कर सकती है, जैसे कि ब्रह्मांड में प्रतिपदार्थ की तुलना में कहीं अधिक पदार्थ क्यों प्रतीत होता है।

एमआईटी के भौतिक विज्ञानी और अध्ययन के सह-लेखक रोनाल्ड फर्नांडो गार्सिया रुइज़ कहते हैं, “हमारे परिणाम परमाणु स्तर पर मूलभूत समरूपताओं के उल्लंघन को मापने के उद्देश्य से आगे के अध्ययनों के लिए आधार तैयार करते हैं।” “यह आधुनिक भौतिकी के कुछ सबसे महत्वपूर्ण प्रश्नों के उत्तर प्रदान कर सकता है।” वर्तमान मॉडल बताते हैं कि शिशु ब्रह्मांड में लगभग समान मात्रा में पदार्थ और प्रतिपदार्थ रहे होंगे, फिर भी प्रतिपदार्थ संदिग्ध रूप से दुर्लभ है। इसके बजाय, आज हम ब्रह्मांड में ज़्यादातर पदार्थ ही पाते हैं, जो दोनों के बीच अपेक्षित समरूपता का स्पष्ट उल्लंघन है। वैज्ञानिकों को संदेह है कि कुछ परमाणु नाभिकों में उत्तर छिपे हैं, जिनके आंतरिक भाग में उनके प्रतिपदार्थ समकक्षों की कमी के बारे में सुराग हो सकते हैं।

शोधकर्ता बताते हैं कि रेडियम अपने नाभिक के नाशपाती के आकार के कारण एक प्रमुख उम्मीदवार है। अधिकांश परमाणु नाभिक गोलाकार होते हैं; रेडियम की असममित संरचना मूलभूत समरूपता उल्लंघनों की प्रेक्षणीयता को बढ़ा सकती है। गार्सिया रुइज़ कहते हैं, “रेडियम नाभिक इस समरूपता भंग का एक प्रवर्धक होने का अनुमान है, क्योंकि इसका नाभिक आवेश और द्रव्यमान में असममित है, जो कि काफी असामान्य है।” हालांकि, यह अभी भी एक कठिन पहेली है। “रेडियम स्वाभाविक रूप से रेडियोधर्मी है, इसका जीवनकाल छोटा होता है और हम वर्तमान में केवल अल्प मात्रा में ही रेडियम मोनोफ्लोराइड अणु उत्पन्न कर सकते हैं,” प्रमुख लेखक और भौतिक विज्ञानी शेन विल्किंस, जो पूर्व एमआईटी पोस्टडॉक्टरल छात्र हैं और अब मिशिगन स्टेट यूनिवर्सिटी में हैं, कहते हैं। “इसलिए हमें इन्हें मापने के लिए अत्यंत संवेदनशील तकनीकों की आवश्यकता है।”

सह-लेखक सिल्विउ-मैरियन उद्रेस्कु, जो जॉन्स हॉपकिन्स विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी हैं और जिन्होंने एमआईटी में स्नातक छात्र के रूप में इस अध्ययन में योगदान दिया था, बताते हैं कि मुख्य बात एक रेडियम परमाणु को एक अणु में समाहित करना है, जो उसके इलेक्ट्रॉनों की गतिविधियों को समाहित और तीव्र करता है। उद्रेस्कु कहते हैं, “जब आप इस रेडियोधर्मी परमाणु को एक अणु के अंदर रखते हैं, तो उसके इलेक्ट्रॉनों द्वारा अनुभव किया जाने वाला आंतरिक विद्युत क्षेत्र, प्रयोगशाला में उत्पन्न और प्रयुक्त किए जा सकने वाले क्षेत्रों की तुलना में कई गुना बड़ा होता है।” “एक तरह से, अणु एक विशाल कण संघटक की तरह कार्य करता है और हमें रेडियम के नाभिक की जाँच करने का बेहतर अवसर प्रदान करता है।”

रेडियम मोनोफ्लोराइड के भीतर, रेडियम परमाणु के इलेक्ट्रॉनों को इस प्रकार से सीमित किया गया था जिससे उनके नाभिक में प्रवेश करने की संभावना बढ़ गई। शोधकर्ताओं ने अणुओं को सीमित और ठंडा किया, फिर उनके अंदर इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा को मापने के लिए लेज़रों का उपयोग किया। डेटा में छोटे लेकिन महत्वपूर्ण बदलावों ने नाभिक के अंदर के प्रयासों का संकेत दिया। विलकिंस कहते हैं, “नाभिक के बाहर नाभिक और इलेक्ट्रॉनों के बीच परस्पर क्रिया को मापने वाले कई प्रयोग हैं, और हम जानते हैं कि ये परस्पर क्रियाएँ कैसी होती हैं।”

उन्होंने आगे कहा, “जब हमने इन इलेक्ट्रॉन ऊर्जाओं को बहुत सटीक रूप से मापने की कोशिश की, तो यह हमारी अपेक्षा के अनुरूप नहीं निकला, यह मानते हुए कि वे केवल नाभिक के बाहर ही परस्पर क्रिया करते हैं।” “इससे हमें पता चला कि यह अंतर नाभिक के अंदर इलेक्ट्रॉन परस्पर क्रिया के कारण होना चाहिए।” शोधकर्ताओं की रिपोर्ट के अनुसार, यह खोज परमाणु नाभिकों का अध्ययन करने की हमारी क्षमता में क्रांतिकारी बदलाव ला सकती है। हालाँकि हम जानते हैं कि उप-परमाणु कण कितने हठी हो सकते हैं; वे अपने रहस्यों को आसानी से उजागर नहीं करते।

गार्सिया रुइज़ कहते हैं, “अब हमारे पास इस बात का प्रमाण है कि हम नाभिक के अंदर नमूने ले सकते हैं। यह बैटरी के विद्युत क्षेत्र को मापने जैसा है। लोग इसके क्षेत्र को बाहर माप सकते हैं, लेकिन बैटरी के अंदर मापना कहीं अधिक चुनौतीपूर्ण है। और अब हम यही कर सकते हैं।” वे आगे कहते हैं, “रेडियम युक्त अणुओं को असाधारण रूप से संवेदनशील प्रणालियाँ माना जाता है जिनमें प्रकृति की मूलभूत समरूपताओं के उल्लंघनों की खोज की जा सकती है।” “अब हमारे पास उस खोज को अंजाम देने का एक तरीका है।” यह अध्ययन साइंस में प्रकाशित हुआ था।

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