ஒரு பந்தைச் சுவரின் மீது எறிந்தால், அந்தப் பந்து மீண்டும் உங்கள் பக்கமே திரும்பிவரும் தானே? ஒரு குவாண்டம் துகளைச் சுவரின் மீது எறிந்தால், அது சுவரில் பட்டுத் திரும்ப வரலாம். இல்லையென்றால், சுவரை ஊடுருவி மறுபக்கம் செல்லவும் வாய்ப்பிருக்கிறது. இந்தப் பண்புக்கு குவாண்டம் ஊடுருவல் (quantum tunneling) என்று பெயர். இப்படியாக, குவாண்டம் துகள்களின் பண்புகள் விந்தையானவை.
எலெக்ட்ரான்கள், போட்டான்கள் போன்ற பொருட்கள் குவாண்டம் துகள்கள். ‘ஒன்றிரண்டு’ எலெக்ட்ரான்கள், போட்டான்களில் மட்டுமே குவாண்டம் விளைவுகள் நடைபெறும் என்று அறிவியலாளர்கள் முன்பு நினைத்திருந்தார்கள். ஆனால், லட்சக்கணக்கான குவாண்டம் துகள்களைக் கொண்ட பேரளவிலான (macroscopic) நிலையிலும், குவாண்டம் விளைவுகள் சாத்தியம் என்பதை இந்த ஆண்டின் நோபல் விருதாளர்களான ஜான் கிளார்க் (John Clarke), மிஷேல் டெவோரே (Michel Devoret), ஜான் எம். மார்ட்டினிஸ் (John M. Martinis) ஆகிய மூவரும் நிரூபித்திருக்கிறார்கள்.
மின்சுற்றில் (electrical circuits) நிகழும் பெருமளவிலான குவாண்டம் ஊடுருவல் (macroscopic quantum mechanical tunnelling), ஆற்றல் அளவாக்கம் (energy quantisation) ஆகியவற்றைக் கண்டறிந்து விளக்கியதற்காக இவர்களுக்கு இந்த ஆண்டின் இயற்பியல் நோபல் பரிசு அறிவிக்கப்பட்டிருக்கிறது.
மரத்திலான பொருட்கள் மின்சாரத்தைக் கடத்தாது; அலுமினியம், இரும்பு போன்ற உலோகங்கள் மின்சாரத்தைக் கடத்தும் என்பது நமக்குத் தெரியும். ஆனால், இந்த உலோகங்களிலும்கூட நுண்ணிய அளவில் மின்தடை (electrical resistance) இருக்கும். ஆனால், மீக்கடத்தி (super conductor) என்று சொல்லப்படும் பொருட்களில் மின்தடை இருக்காது. மின்சாரம் தங்குதடையின்றிப் பாயும்.
‘கூப்பர் ஜோடிகள்’ - சாதாரணக் கடத்திகளில் எலெக்ட்ரான்கள் தனித்தனியாக இயங்கும். ஆனால், மீக்கடத்திகளில் ஒரு எலெக்ட்ரான் இன்னொரு எலெக்ட்ரான் ஜோடியுடன் இயங்கும். இதற்கு ‘கூப்பர் ஜோடி’ (cooper pairs) என்று பெயர். பள்ளி மாணவர்கள் சுற்றுலா செல்லும்போது, இரண்டு இரண்டு பேராக அணிவகுத்துச் செல்வார்கள். அப்போது, அந்த அணியை உடைக்க எந்த வண்டியும் நடுவே செல்லாது அல்லவா? அதுபோல அணிவகுத்து நிற்கும் ‘கூப்பர் ஜோடிகள்’ மின்சாரத்தைக் கடத்தும்போது எந்த மின்தடையும் இருக்காது. மீக்கடத்திகளின் எலெக்ட்ரான் பண்புகளை விளக்கியதற்காக 1972ஆம் ஆண்டின் இயற்பியல் நோபல் பரிசு அளிக்கப்பட்டது.
பிரையன் ஜோசப்சன் என்னும் இயற்பியலாளர், இரண்டு மீக்கடத்திகளுக்கு நடுவே நுண்ணிய இடைவெளி இருக்கும் ஒரு மின்சுற்றை உருவாக்கினார். இந்த அமைப்பானது ‘ஜோசப்சன் சந்தி’ (Josephson junction) என்று அழைக்கப்படுகிறது. ஜோசப்சன் சந்தியில் நாம் ஒன்றைக் கவனிக்க வேண்டும்.
இரண்டு மீக்கடத்திகளுக்கும் இடையே ஓர் இடைவெளி உள்ளது. மரபு அறிவியல்படி, இரண்டு பொருட்களுக்கு இடையே இடைவெளி இருந்தால், மின்சாரம் பாயாதுதானே? ஆனால், விந்தையான குவாண்டம் உலகில், ஜோசப்சன் சந்தியில் குவாண்டம் ஊடுருவல் காரணமாக மின்சாரம் பாய்ந்தது. ஜோசப்சன் சந்தி மூலம், ‘தனிப்பட்ட’ கூப்பர் ஜோடிகளில் எப்படி குவாண்டம் விளைவு நடைபெறுகிறது என்பதை விளக்கியதற்காக, 1973ஆம் ஆண்டின் ஜோசப்சன் நோபல் பரிசினைப் பெற்றார்.
தனிப்பட்ட கூப்பர் ஜோடி மட்டுமல்ல, கோடிக்கணக்கான கூப்பர் ஜோடிகள் இணைந்து இருக்கும்போதும், குவாண்டம் ஊடுருவல் நடைபெறுவதற்கு வாய்ப்பிருக்கிறது என்னும் பெருமளவிலான குவாண்டம் ஊடுருவல் பற்றிய கருதுகோள்களை 1978ஆம் ஆண்டு ஆண்டனி லெகட் (Anthony Leggett) என்னும் இயற்பியலாளர் முன்வைத்தார். மீதிரவத்தன்மை (superfluidity) குறித்த கண்டுபிடிப்புக்காக 2003ஆம் ஆண்டின் இயற்பியல் நோபல் பரிசை அவர் பெற்றார். குறை வெப்பநிலை இயற்பியலின் (low-temperature physics) முன்னோடியாக இவர் கருதப்படுகிறார்.
மூவரின் உழைப்பு: இந்த ஆண்டின் நோபல் கதைக்கு வருவோம். 1968ஆம் ஆண்டு அமெரிக்காவின் கலிபோர்னியா பல்கலைக்கழகத்தின் பேராசிரியராகப் பணியில் இணைந்தார் ஜான் கிளார்க். இவருடைய ஆய்வகத்தில், முதுமுனைவர் பட்ட ஆய்வுக்காக, 1980களின் மத்தியில் மிஷேல் டெவோரே இணைந்தார். அந்தக் காலத்தில், ஜான் மார்டினிஸ் அங்கே முனைவர் பட்ட மாணவராக இருந்தார். மூவரும் இணைந்து, பெருமளவிலான குவாண்டம் ஊடுருவல் குறித்த ஆய்வினை முன்னெடுத்துக் கடினமாக உழைத்தனர்.
குவாண்டம் ஊடுருவல் பண்பைக் கண்டறிவதற்காக, ஜோசப்சன் சந்தியை இவர்கள் உருவாக்கினார்கள். இதில், குறைந்த அளவிலான மின்சாரத்தைப் பாய்ச்சி, எவ்வளவு மின்தடை உள்ளது என்பதைக் கண்டறிந்தார்கள். தொடக்கத்தில் எந்த மின்தடையும் இல்லை. ஆனால், சற்று நேரத்தில் குவாண்டம் ஊடுருவல் காரணமாக, கூப்பர் ஜோடிகள் ஒரு மீக்கடத்தியிலிருந்து மற்றொன்றுக்கு ஊடுருவிச் செல்வதைப் பதிவுசெய்தனர்.
இதனால், லட்சக்கணக்கான எலெக்ட்ரான்கள் கொண்ட இரண்டு மீக்கடத்திகளுக்கு இடையே மின்சாரம் பாய்வதை அவர்கள் நேரடியாகக் காட்டினர். இதன்மூலம், ‘பெருமளவிலான’ குவாண்டம் ஊடுருவலை முதன்முதலாக நிரூபித்தார்கள், இந்த ஆண்டின் நோபல் விருதாளர்கள். மேலும், கூட்டாக இயங்கும் கூப்பர் ஜோடிகளின் ஆற்றல் பண்பினையும் கண்டறிந்து விளக்கியிருக்கிறார்கள்.
2025 – சர்வதேச குவாண்டம் ஆண்டு: குவாண்டம் துகள்களின் பண்புகளை விளக்கும் வகையில் எர்வின் ஷ்ரோடிங்கர் (Erwin Schrödinger) தமது புகழ்பெற்ற அலைச் சமன்பாட்டை (wave equation) 1926இல் வெளியிட்டார். அதனால் எலெக்ட்ரான்களின் இயல்புகள், அணுக்களின் ஆற்றல் நிலைகள், கதிரியக்கச் சிதைவு போன்ற பல புதிர்களுக்கு விளக்கம் கிடைத்தது.
இந்தக் கண்டுபிடிப்புக்காக ஷ்ரோடிங்கர் 1933இல் நோபல் பரிசு பெற்றார். குவாண்டம் கணினிகள், மின்னணு, ஒளியியல் கருவிகள், வானவியல் ஆய்வுகள் போன்ற துறைகளில் குவாண்டம் அறிவியல் இன்றளவும் புரட்சி செய்துவருகிறது, பயன்பட்டுவருகிறது. அதன் நூறாம் ஆண்டு நினைவாக, 2025ஐ ஐக்கிய நாடுகள் ‘சர்வதேச குவாண்டம் அறிவியல் - தொழில்நுட்ப ஆண்டு’ என்று அறிவித்துள்ளது.
மங்கும் வரம்புகள்: நோபல் பரிசு அறிவிக்கப்பட்டபோது, இந்த ஆண்டின் நோபல் விருதாளர்களில் ஒருவரான ஜான் கிளார்கிடம் ஒரு முக்கியமான கேள்வி கேட்கப்பட்டது: “குவாண்டம் உலகும் மரபு உலகும் தனித்தனியானவையா? அவற்றை வேறுபடுத்தும் வரையறை என்ன?” “எதுவரை குவாண்டம் விதிகள் பயன்படுகின்றனவோ, அதுவரை குவாண்டம் உலகே” என்று வெகு இயல்பாக அவர் பதிலளித்தார்.
குழந்தைகளின் உலகுக்கும் பெரியவர்களின் உலகுக்கும் எப்படி ஒரே நேர்க்கோட்டு வரம்பை இட்டுக் காட்ட முடியாதோ, அதேபோல குவாண்டம் உலகுக்கும் மரபு உலகுக்கும் இடையில் வரம்புகள் தெளிவில்லாமல் மங்கத் தொடங்கியுள்ளன. குவாண்டம் உலகை அறிந்துகொள்வது, குழந்தை மொழியைப் புரிந்துகொள்வதைப் போன்றது. மழலை மொழியை உணர்ந்து கொண்டால், பெரியவர்களின் உலகிலும் அதன் மகிழ்ச்சி பரவும்தானே?
- தொடர்புக்கு: hemazephyrs@gmail.com