ഖരാവസ്ഥയിൽ പ്രകാശം

പ്രകാശം കണികകൾ ആണെന്നും അല്ല തരംഗങ്ങൾ ആണെന്നും അതുമല്ല രണ്ടും ചേർന്നതാണെന്നുമുള്ള നിരവധി സിദ്ധാന്തങ്ങൾ നിലവിലുണ്ട്. വൈദ്യുത കാന്തിക മണ്ഡലങ്ങളുടെ സംയോജിത രൂപമായും ഊർജത്തിന്റെ പാക്കറ്റുകളായുമൊക്കെ (ഫോട്ടോണുകൾ) പ്രകാശത്തെ വിവക്ഷിക്കാം. പ്രകാശം ഉണ്ടാകുന്നതെങ്ങനെ? പിന്നീട് അതിന് എന്ത്‌ സംഭവിക്കുന്നു? തുടങ്ങിയ ചോദ്യങ്ങൾക്കൊക്കെ ഉത്തരം കണ്ടെത്താൻ ഇത്തരം സിദ്ധാന്തങ്ങൾ അനിവാര്യമാണ്‌.

ഈ പശ്ചാത്തലത്തിൽ ഇറ്റാലിയൻ ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ പുതിയ ഒരു കണ്ടെത്തൽ ശ്രദ്ധേയമാവുകയാണ്‌. പ്രകാശത്തിന്റെ ക്വാണ്ടം കണികകളായ ഫോട്ടോണുകളെ, സൂപ്പർസോളിഡ് അവസ്ഥയിൽ അഥവാ അതിഖരാവസ്ഥയിൽ എത്തിച്ചിരിക്കുകയാണ് ഇറ്റലിയിലെ സിഎൻആർ നാനോടെക്കിലെ അന്റോണിയോ ജിയാൻഫ്രാട്ടെയും ഡേവിഡ് നിഗ്രോയും.

ദ്രവ്യാവസ്ഥകൾ

ദ്രവ്യത്തിന്റെ മൂന്നവസ്ഥകളായ ഖരം, ദ്രാവകം, വാതകം എന്നിവയെക്കുറിച്ച് നമുക്ക്‌ വ്യക്തമായ ധാരണയുണ്ട്. ഇവയിൽ
സ്വതന്ത്രമായി ഒഴുകാൻ കഴിവുള്ള ദ്രാവകം, വാതകം എന്നീ അവസ്ഥകളെ ദ്രവങ്ങൾ (fluides) എന്നും വിളിക്കുന്നു. ഊഷ്മാവ് തീരെ കുറഞ്ഞ് അബ്സല്യൂട്ട് സീറോ അഥവാ മൈനസ്‌ -273.15 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിലേക്ക് അടുക്കുന്ന അവസരത്തിൽ, പദാർഥങ്ങൾ അസാധാരണമായ മറ്റ് അവസ്ഥകളിലേക്ക് നീങ്ങാറുണ്ട്. അതിദ്രവാവസ്ഥ (Superfluidity ), അതിഖരാവസ്ഥ (Supersolidity), ബോസ്–- ഐൻസ്റ്റീൻ കണ്ടൻസേറ്റ് തുടങ്ങിയ അവസ്ഥകൾ ഇതിനുദാഹരണങ്ങളാണ്.

ദ്രവങ്ങൾക്ക് ഒഴുകി നടക്കാനുള്ള പ്രതിരോധം (Viscosity) ഇല്ലാതാകുന്ന അവസ്ഥയാണ് അതിദ്രവാവസ്ഥ അഥവാ സൂപ്പർ ഫ്ലൂയിഡിറ്റി. അതിശീത ഊഷ്മാവുകളിൽ അത്തരം അവസ്ഥയിലുള്ള ദ്രവങ്ങൾ പാത്രങ്ങളിൽനിന്ന് സ്വയം മുകളിലേക്ക് ഒഴുകി വശങ്ങളിലൂടെ പുറത്തുവരാറുണ്ട്. ദ്രാവകാവസ്ഥയുള്ള ഹീലിയം ഇതിനുദാഹരണമാണ്. സൂപ്പർ ഫ്ലൂയിഡിറ്റി പ്രദർശിപ്പിക്കുന്ന ദ്രവങ്ങളിൽ, ക്രിസ്റ്റലുകളിലൊക്കെ കാണപ്പെടുന്ന ഒരു ക്രമീകൃതാവസ്ഥ നിലവിൽ വന്നാൽ അവയെ അതിഖരങ്ങൾ അഥവാ സൂപ്പർസോളിഡുകൾ എന്നുവിളിക്കുന്നു. അതിശീതാവസ്ഥയിൽ, ദ്രവ്യത്തിലെ ആറ്റങ്ങളെ അതിഖരാവസ്ഥയിൽ എത്തിക്കുന്നതിൽ ശാസ്ത്രം ദശാബ്ദങ്ങൾക്ക് മുമ്പുതന്നെ വിജയിച്ചിട്ടുണ്ട്.

എന്നാൽ, പ്രകാശത്തിന്റെ ഊർജ പാക്കറ്റുകൾ അഥവാ കണികകളായ ഫോട്ടോണുകളെ അത്തരം അതിഖരാവസ്ഥയിൽ എത്തിച്ചിരിക്കുന്നു എന്നതാണ് ഇപ്പോൾ പുറത്തുവന്ന പഠനങ്ങളുടെ പ്രത്യേകത.

സങ്കീർണ സാങ്കേതികവിദ്യ

ഒരു ഫോട്ടോണിക് അർധചാലകത്തിലെ (photonic semiconductor) ഫോട്ടോണുകളെ പ്രത്യേക രീതിയിൽ ക്രമീകരിച്ചാണ് പ്രകാശത്തിന്റെ അതിഖരാവസ്ഥ (supersolid state) സാധ്യമാക്കിയത്. വിവര കൈമാറ്റത്തിനായി സാധാരണ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഇലക്ട്രോണുകൾക്കുപകരം ഫോട്ടോണുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന സാങ്കേതികവിദ്യയാണ് ഫോട്ടോണിക് അർധചാലകത്തിലേത്.

ഒരു ഫോട്ടോണിക് അർധചാലകത്തിലെ ഫോട്ടോൺ കണ്ടൻസേറ്റുകളുടെ ക്രമീകരണം ഒരു സൂപ്പർ സോളിഡിന്റെ ക്രമീകരണ സ്വഭാവത്തിന് സമാനമാണ്. പ്രകാശത്തെ സൂപ്പർഫ്ലൂയിഡ് അവസ്ഥയിലാക്കി മാറ്റിയ പരീക്ഷണങ്ങൾ കാലങ്ങൾക്കുമുമ്പേ തന്നെ വിജയിച്ചിരുന്നെങ്കിലും ഫോട്ടോണുകളെ, കൃത്യമായ ക്രമീകരണത്തോടുകൂടിയ സൂപ്പർസോളിഡ് ആക്കുന്നതിൽ ആദ്യമായാണ് വിജയം നേടുന്നത്‌. പ്രകാശത്തെ സൂപ്പർ സോളിഡാക്കാൻ അതിശീത സാഹചര്യങ്ങൾ ആവശ്യമില്ല എന്നതും പ്രത്യേകത. ക്വാണ്ടം ഭൗതികരംഗത്ത്‌ വൻ മാറ്റങ്ങൾക്ക്‌ വഴിവയ്ക്കുന്നതാണ്‌ പുതിയ കണ്ടെത്തൽ.

(തിരുവനന്തപുരം യൂണിവേഴ്സിറ്റി കോളേജ് ഭൗതികശാസ്ത്ര വിഭാഗം

മേധാവിയാണ്‌ ലേഖകൻ)