বিশেষ প্রতিবেদন: তাপমাত্রা নামল 9.7 পিকোকেলভিনে! অর্থাৎ পরম শূন্য তাপমাত্রার মাত্র 9.7 ট্রিলিয়ন ভাগের এক ভাগ উপরে। চিনের মহাকাশ স্টেশনে এমনই এক নজির গড়লেন বিজ্ঞানীরা। পৃথিবীর কোনও পরীক্ষাগারে নয়, মহাকাশের মাইক্রোগ্র্যাভিটি বা অতি ক্ষীণ অভিকর্ষের পরিবেশে রুবিডিয়াম পরমাণুর একটি মেঘকে শীতল করে তৈরি করা হয়েছে এখনও পর্যন্ত মানুষের তৈরি সবচেয়ে ঠান্ডা পদার্থ। এই সাফল্য শুধু তাপমাত্রার রেকর্ড ভাঙার ঘটনা নয়, কোয়ান্টাম পদার্থবিদ্যা এবং মহাকাশে অত্যন্ত নিখুঁত পরিমাপের গবেষণাতেও খুলে দিতে পারে নতুন দিগন্ত।
চিনের তিয়াংগং মহাকাশ স্টেশনের মেংতিয়ান পরীক্ষাগারে এই পরীক্ষা চালানো হয়েছে। প্রায় 20,000 রুবিডিয়াম পরমাণুকে বিশেষ প্রযুক্তিতে ঠান্ডা করে 9.7 পিকোকেলভিন তাপমাত্রার অবস্থায় নিয়ে যান গবেষকেরা। 1 পিকোকেলভিন অর্থাৎ 1 কেলভিনের 1 লক্ষ কোটি ভাগের 1 ভাগ। এই তাপমাত্রা পরম শূন্যের মাত্র 9.7 ট্রিলিয়ন ভাগের এক ভাগ উপরে। এর আগে 2021 সালে জার্মানির গবেষকেরা 38 পিকোকেলভিন তাপমাত্রার রেকর্ড গড়েছিলেন। নতুন পরীক্ষা সেই রেকর্ডও ভেঙে দিয়েছে।
পরম শূন্যের এত কাছে পৌঁছনো কি সম্ভব?
পদার্থবিদ্যায় তাপমাত্রার সর্বনিম্ন তাত্ত্বিক সীমাকে বলা হয় পরম শূন্য। কেলভিন স্কেলে যার মান 0, আর সেলসিয়াস স্কেলে মাইনাস 273.15 ডিগ্রি। এই তাপমাত্রায় পৌঁছনো বাস্তবে সম্ভব নয়। তবে বিজ্ঞানীরা দীর্ঘদিন ধরেই তার যতটা সম্ভব কাছাকাছি পৌঁছনোর চেষ্টা করছেন।
তাপমাত্রা আসলে পদার্থের কণাগুলির গড় গতিশক্তির সঙ্গে সম্পর্কিত। কোনও পদার্থের পরমাণুগুলি যত দ্রুত চলাচল করে, তার তাপমাত্রাও সাধারণত তত বেশি হয়। তাপমাত্রা কমালে পরমাণুর গতিও কমে আসে। অত্যন্ত কম তাপমাত্রায় পৌঁছলে পরমাণুগুলির মধ্যে এমন কিছু কোয়ান্টাম আচরণ দেখা যায়, যা সাধারণ অবস্থায় পর্যবেক্ষণ করা কঠিন।
চিনের গবেষকেরা রুবিডিয়াম পরমাণুর ক্ষেত্রে সেই বিশেষ অবস্থাই তৈরি করেছেন। তবে মনে রাখতে হবে, 9.7 পিকোকেলভিন তাপমাত্রা মহাকাশ স্টেশন, পরীক্ষাগারের যন্ত্রপাতি কিংবা তার আশপাশের পরিবেশের তাপমাত্রা নয়। এটি পরমাণুর মেঘের গতিবিধি থেকে নির্ণীত সমতুল্য তাপমাত্রা।
কেন মহাকাশেই সম্ভব হল এই পরীক্ষা?
এই গবেষণার সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ দিক হল, পৃথিবীতে নয়, মহাকাশে পরীক্ষাটি চালানো হয়েছে। কারণ, পৃথিবীর অভিকর্ষ বল অতি ঠান্ডা পরমাণুর মেঘকে নীচের দিকে টেনে নিয়ে যায়। ফলে পরমাণুগুলিকে দীর্ঘ সময় ধরে স্থির ও নিয়ন্ত্রিত অবস্থায় রাখা কঠিন হয়ে পড়ে। সেগুলিকে আটকে রাখতে বেশি শক্তির প্রয়োজন হয়, যা আরও ঠান্ডা করার প্রক্রিয়ায় বাধা তৈরি করতে পারে। মহাকাশ স্টেশনের মাইক্রোগ্র্যাভিটি পরিবেশে সেই সমস্যা অনেকটাই কম।
সেখানে পরমাণুর মেঘকে তুলনায় দুর্বল নিয়ন্ত্রণের মধ্যেও দীর্ঘ সময় ধরে রাখা যায়। ফলে পরমাণুগুলিকে আরও গভীর ভাবে শীতল করা সম্ভব হয়েছে। গবেষকেরা জানিয়েছেন, পরীক্ষায় তৈরি অতি ঠান্ডা পরমাণুর মেঘকে মুক্ত অবস্থায় প্রায় 7 সেকেন্ড ধরে পর্যবেক্ষণ করা গিয়েছে। পৃথিবীতে একই ধরনের পরীক্ষায় অভিকর্ষের কারণে এই পর্যবেক্ষণের সময় অনেক কম হয়। দীর্ঘ সময় ধরে পরমাণুর আচরণ দেখার সুযোগ পাওয়ায় সূক্ষ্ম কোয়ান্টাম ঘটনাগুলি বোঝার সম্ভাবনাও বাড়ে।
তৈরি হল পদার্থের পঞ্চম অবস্থা!
এই পরীক্ষায় তৈরি হয়েছে বোস-আইনস্টাইন কনডেনসেট বা BEC। পদার্থের প্রচলিত তিনটি অবস্থা—কঠিন, তরল ও গ্যাসের পাশাপাশি প্লাজমাকে চতুর্থ অবস্থা হিসেবে ধরা হয়। অত্যন্ত কম তাপমাত্রায় বিশেষ পরিস্থিতিতে পরমাণুগুলি সম্মিলিত ভাবে এমন আচরণ করতে শুরু করে, যেন তারা একটি বৃহৎ কোয়ান্টাম কণা। এই অবস্থাকেই বলা হয় বোস-আইনস্টাইন কনডেনসেট। অনেক সময় একে পদার্থের পঞ্চম অবস্থা বলা হয়।
1924 সালে ভারতীয় পদার্থবিদ সত্যেন্দ্রনাথ বসু এবং আলবার্ট আইনস্টাইনের তাত্ত্বিক কাজের সূত্র ধরেই এই অবস্থার ধারণা সামনে আসে। পরে পরীক্ষাগারে তা তৈরি করা সম্ভব হয়। এই অবস্থায় পরমাণুগুলির সম্মিলিত কোয়ান্টাম আচরণ বিজ্ঞানীদের সামনে পদার্থের অতি ক্ষুদ্র জগতের নানা অজানা বৈশিষ্ট্য বোঝার সুযোগ তৈরি করে।
ভবিষ্যতে কী কাজে লাগবে এই আবিষ্কার?
এই গবেষণার তাৎপর্য শুধু তাপমাত্রার রেকর্ডে সীমাবদ্ধ নয়। অতি ঠান্ডা পরমাণু ব্যবহার করে আরও উন্নত অ্যাটম ইন্টারফেরোমিটার তৈরি করা সম্ভব হতে পারে। এই যন্ত্রের সাহায্যে অত্যন্ত সূক্ষ্ম ভাবে ত্বরণ, অভিকর্ষ এবং অন্যান্য ভৌত প্রভাব মাপা যায়।
ভবিষ্যতে এমন প্রযুক্তি পৃথিবীর অভিকর্ষ ক্ষেত্রের মানচিত্র তৈরি, উন্নত নেভিগেশন ব্যবস্থা এবং মৌলিক পদার্থবিদ্যার বিভিন্ন তত্ত্ব যাচাইয়ের কাজে সাহায্য করতে পারে। এমনকি অন্ধকার পদার্থ বা ডার্ক ম্যাটারের মতো এখনও রহস্যে ঘেরা বিষয় নিয়ে গবেষণাতেও নতুন সম্ভাবনা তৈরি হতে পারে। তবে এগুলি সম্ভাব্য ভবিষ্যৎ প্রয়োগ, এখনই বাস্তব প্রযুক্তিগত সাফল্য নয়।
15 বছরের প্রস্তুতির ফল
এই সাফল্যের পিছনে রয়েছে দীর্ঘদিনের গবেষণা ও প্রযুক্তিগত প্রস্তুতি। 2011 সালে প্রকল্পটির প্রাথমিক পরিকল্পনা শুরু হয়। 2022 সালে মেংতিয়ান পরীক্ষাগারের সঙ্গে যুক্ত হয়ে অতি ঠান্ডা পরমাণু নিয়ে গবেষণার বিশেষ যন্ত্রটি চিনের মহাকাশ স্টেশনে পৌঁছয়। পৃথিবীতে প্রায় 20 ঘনমিটার জায়গা জুড়ে থাকা এবং 10 টন ওজনের পরীক্ষাব্যবস্থাকে মহাকাশে ব্যবহারের উপযোগী করে মাত্র 0.7 ঘনমিটার আয়তন ও প্রায় 500 কেজি ওজনের যন্ত্রে পরিণত করা হয়েছে।
লেজার, নির্ভুল আলোক-ব্যবস্থা, অতিশূন্যস্থান তৈরির প্রযুক্তি এবং স্বয়ংক্রিয় নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থার সমন্বয়ে তৈরি হয়েছে এই পরীক্ষাগার। এই গবেষণায় যুক্ত ছিল পিকিং বিশ্ববিদ্যালয়, চিনের অ্যাকাডেমি অফ সায়েন্সেসের সাংহাই ইনস্টিটিউট অফ অপটিক্স অ্যান্ড ফাইন মেকানিক্স এবং মহাকাশ গবেষণার সঙ্গে যুক্ত একাধিক প্রতিষ্ঠান। গবেষণার ফল প্রকাশিত হয়েছে আন্তর্জাতিক বিজ্ঞানপত্রিকা ‘সায়েন্স’-এ।
পরম শূন্যে পৌঁছনো এখনও মানুষের সাধ্যের বাইরে। কিন্তু তার যত কাছে পৌঁছনো যাচ্ছে, ততই খুলে যাচ্ছে পদার্থের অদেখা জগতের দরজা। চিনের মহাকাশ স্টেশনে তৈরি 9.7 পিকোকেলভিনের এই অতি শীতল পদার্থ তাই শুধু একটি নতুন রেকর্ড নয়, মহাবিশ্বের মৌলিক নিয়ম বোঝার পথে আরও এক গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ।
