ফেমটোসেকেন্ড লেজার

A femtosecond লেজারএটি একটি "আল্ট্রাশর্ট পালস লাইট" উত্পন্নকারী যন্ত্র যা প্রায় এক গিগাসেকেন্ডের অতি শর্ট সময়ের জন্য আলো নির্গত করে। Fei হল ফেমটোর সংক্ষিপ্ত রূপ, ইন্টারন্যাশনাল সিস্টেম অফ ইউনিটের উপসর্গ এবং 1 ফেমটোসেকেন্ড = 1×10^-15 সেকেন্ড। তথাকথিত স্পন্দিত আলো শুধুমাত্র এক মুহূর্তের জন্য আলো নির্গত করে। একটি ক্যামেরার ফ্ল্যাশের আলো-নিঃসরণের সময় প্রায় 1 মাইক্রোসেকেন্ড, তাই ফেমটোসেকেন্ডের অতি-সংক্ষিপ্ত পালস আলো তার সময়ের প্রায় এক বিলিয়ন ভাগের জন্য আলো নির্গত করে। আমরা সবাই জানি, আলোর গতি প্রতি সেকেন্ডে 300,000 কিলোমিটার (1 সেকেন্ডে পৃথিবীর চারপাশে সাড়ে 7 বৃত্ত) একটি অতুলনীয় গতিতে, কিন্তু 1 ফেমটোসেকেন্ডে, এমনকি আলো শুধুমাত্র 0.3 মাইক্রন দ্বারা অগ্রসর হয়।

প্রায়শই, ফ্ল্যাশ ফটোগ্রাফির মাধ্যমে আমরা একটি চলমান বস্তুর ক্ষণস্থায়ী অবস্থা কাটাতে সক্ষম হই। একইভাবে, যদি একটি ফেমটোসেকেন্ড লেজার ফ্ল্যাশ করা হয়, তবে রাসায়নিক বিক্রিয়ার প্রতিটি টুকরো দেখা সম্ভব হয় যদিও এটি একটি হিংস্র গতিতে এগিয়ে যায়। এই লক্ষ্যে, রাসায়নিক বিক্রিয়ার রহস্য অধ্যয়ন করতে ফেমটোসেকেন্ড লেজার ব্যবহার করা যেতে পারে।
সাধারণ রাসায়নিক বিক্রিয়াগুলি উচ্চ শক্তি সহ একটি মধ্যবর্তী অবস্থার মধ্য দিয়ে যাওয়ার পরে বাহিত হয়, তথাকথিত "সক্রিয় অবস্থা"। 1889 সালের প্রথম দিকে রসায়নবিদ আরহেনিয়াস দ্বারা একটি সক্রিয় অবস্থার অস্তিত্ব তাত্ত্বিকভাবে ভবিষ্যদ্বাণী করা হয়েছিল, কিন্তু এটি সরাসরি পর্যবেক্ষণ করা যায় না কারণ এটি খুব অল্প সময়ের জন্য বিদ্যমান। কিন্তু এর অস্তিত্ব 1980 এর দশকের শেষের দিকে ফেমটোসেকেন্ড লেজার দ্বারা সরাসরি প্রদর্শিত হয়েছিল, কীভাবে রাসায়নিক বিক্রিয়াগুলি ফেমটোসেকেন্ড লেজারগুলির সাথে চিহ্নিত করা যায় তার একটি উদাহরণ। উদাহরণস্বরূপ, সাইক্লোপেন্টানোন অণু সক্রিয় অবস্থায় কার্বন মনোক্সাইড এবং 2 ইথিলিন অণুতে পচে যায়।
ফেমটোসেকেন্ড লেজারগুলি এখন পদার্থবিদ্যা, রসায়ন, জীবন বিজ্ঞান, ওষুধ এবং প্রকৌশলের মতো বিস্তৃত ক্ষেত্রগুলিতেও ব্যবহৃত হয়, বিশেষত আলো এবং ইলেকট্রনিক্সে। এর কারণ হল আলোর তীব্রতা প্রায় কোনো ক্ষতি ছাড়াই বিপুল পরিমাণ তথ্য এক স্থান থেকে অন্য স্থানে প্রেরণ করতে পারে, অপটিক্যাল যোগাযোগকে আরও গতিশীল করে। পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞানের ক্ষেত্রে, ফেমটোসেকেন্ড লেজারগুলি একটি বিশাল প্রভাব নিয়ে এসেছে। যেহেতু স্পন্দিত আলোর একটি খুব শক্তিশালী বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র রয়েছে, তাই এটি 1 ফেমটোসেকেন্ডের মধ্যে আলোর গতির কাছাকাছি ইলেকট্রনকে ত্বরান্বিত করা সম্ভব, তাই এটি ইলেকট্রনকে ত্বরান্বিত করার জন্য একটি "ত্বরণকারী" হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে।

ঔষধ প্রয়োগ
উপরে উল্লিখিত হিসাবে, ফেমটোসেকেন্ড বিশ্বে এমনকি আলো হিমায়িত হয় যাতে এটি খুব বেশি দূর যেতে পারে না, তবে এই সময়েও, পরমাণু, পদার্থের অণু এবং কম্পিউটার চিপের ভিতরে ইলেকট্রনগুলি এখনও সার্কিটে চলছে। যদি ফেমটোসেকেন্ড পালস তাৎক্ষণিকভাবে বন্ধ করতে ব্যবহার করা যায়, তাহলে কী হয় তা অধ্যয়ন করুন। ফ্ল্যাশিং সময় বন্ধ করার পাশাপাশি, ফেমটোসেকেন্ড লেজারগুলি 200 ন্যানোমিটার (এক মিলিমিটারের 2/10,000 তম) ব্যাসের মতো ছোট ধাতুতে ছোট গর্ত ড্রিল করতে সক্ষম। এর অর্থ হল অতি-সংক্ষিপ্ত স্পন্দিত আলো যা সংকুচিত এবং অল্প সময়ের মধ্যে ভিতরে লক করা হয় অতি-উচ্চ আউটপুটের একটি আশ্চর্যজনক প্রভাব অর্জন করে এবং আশেপাশের অতিরিক্ত ক্ষতি করে না। অধিকন্তু, ফেমটোসেকেন্ড লেজারের স্পন্দিত আলো বস্তুর অত্যন্ত সূক্ষ্ম স্টেরিওস্কোপিক ছবি তুলতে পারে। স্টেরিওস্কোপিক ইমেজিং চিকিৎসা নির্ণয়ের ক্ষেত্রে খুবই উপযোগী, এইভাবে অপটিক্যাল ইন্টারফারেন্স টমোগ্রাফি নামে গবেষণার একটি নতুন ক্ষেত্র উন্মুক্ত করে। এটি একটি ফেমটোসেকেন্ড লেজার দিয়ে তোলা জীবন্ত টিস্যু এবং জীবন্ত কোষের একটি স্টেরিওস্কোপিক চিত্র। উদাহরণস্বরূপ, আলোর একটি খুব ছোট স্পন্দন ত্বকের দিকে লক্ষ্য করে, স্পন্দিত আলো ত্বকের পৃষ্ঠ থেকে প্রতিফলিত হয় এবং স্পন্দিত আলোর একটি অংশ ত্বকে প্রবেশ করানো হয়। ত্বকের অভ্যন্তরীণ অংশ অনেকগুলি স্তরের সমন্বয়ে গঠিত এবং ত্বকে প্রবেশ করা স্পন্দিত আলো একটি ছোট স্পন্দিত আলো হিসাবে ফিরে আসে এবং প্রতিফলিত আলোতে এই বিভিন্ন স্পন্দিত আলোর প্রতিধ্বনি থেকে ত্বকের অভ্যন্তরীণ গঠন জানা যায়।
এছাড়াও, চক্ষুবিদ্যায় এই প্রযুক্তির দারুণ উপযোগিতা রয়েছে, যা চোখের গভীরে রেটিনার স্টেরিওস্কোপিক ছবি তুলতে সক্ষম। এটি ডাক্তারদের তাদের টিস্যুতে সমস্যা আছে কিনা তা নির্ণয় করতে দেয়। এই ধরনের পরীক্ষা শুধুমাত্র চোখের মধ্যে সীমাবদ্ধ নয়। অপটিক্যাল ফাইবার দিয়ে লেজার শরীরে পাঠানো হলে শরীরের বিভিন্ন অঙ্গ-প্রত্যঙ্গের সব টিস্যু পরীক্ষা করা সম্ভব, এমনকি ভবিষ্যতে ক্যান্সার হয়েছে কিনা তাও পরীক্ষা করা সম্ভব।

একটি অতি-নির্ভুল ঘড়ি বাস্তবায়ন করা
বিজ্ঞানীরা বিশ্বাস করেন যে যদি কfemtosecond লেজারঘড়িটি দৃশ্যমান আলো ব্যবহার করে তৈরি করা হয়েছে, এটি পারমাণবিক ঘড়ির চেয়ে আরও নিখুঁতভাবে সময় পরিমাপ করতে সক্ষম হবে এবং এটি আগামী বছরের জন্য বিশ্বের সবচেয়ে নির্ভুল ঘড়ি হবে। যদি ঘড়িটি সঠিক হয়, তাহলে গাড়ী নেভিগেশনের জন্য ব্যবহৃত জিপিএস (গ্লোবাল পজিশনিং সিস্টেম) এর নির্ভুলতাও ব্যাপকভাবে উন্নত হয়।
কেন দৃশ্যমান আলো একটি সুনির্দিষ্ট ঘড়ি তৈরি করতে পারে? সমস্ত ঘড়ি এবং ঘড়ি একটি পেন্ডুলাম এবং একটি গিয়ারের গতিবিধি থেকে অবিচ্ছেদ্য, এবং একটি সুনির্দিষ্ট কম্পন ফ্রিকোয়েন্সি সহ পেন্ডুলামের দোলনের মাধ্যমে, গিয়ারটি সেকেন্ডের জন্য ঘোরে এবং একটি সঠিক ঘড়িও এর ব্যতিক্রম নয়। অতএব, আরও সঠিক ঘড়ি তৈরি করার জন্য, উচ্চ কম্পন ফ্রিকোয়েন্সি সহ একটি পেন্ডুলাম ব্যবহার করা প্রয়োজন। কোয়ার্টজ ঘড়ি (যে ঘড়িগুলো পেন্ডুলামের পরিবর্তে স্ফটিক দিয়ে দোলা দেয়) পেন্ডুলাম ঘড়ির চেয়ে বেশি নির্ভুল কারণ কোয়ার্টজ অনুরণনকারী প্রতি সেকেন্ডে আরও বেশি বার দোলন করে।
সিসিয়াম পারমাণবিক ঘড়ি, যা এখন সময়ের মান, প্রায় 9.2 গিগাহার্টজ (আন্তর্জাতিক একক গিগা এর উপসর্গ, 1 গিগা = 10^9) কম্পাঙ্কে দোলা দেয়। পারমাণবিক ঘড়ি একই দোলন ফ্রিকোয়েন্সি সহ মাইক্রোওয়েভের সাথে পেন্ডুলাম প্রতিস্থাপন করতে সিজিয়াম পরমাণুর প্রাকৃতিক দোলন ফ্রিকোয়েন্সি ব্যবহার করে এবং এর নির্ভুলতা কয়েক মিলিয়ন বছরে মাত্র 1 সেকেন্ড। বিপরীতে, দৃশ্যমান আলোর একটি দোলন ফ্রিকোয়েন্সি মাইক্রোওয়েভের তুলনায় 100,000 থেকে 1,000,000 গুণ বেশি, অর্থাৎ দৃশ্যমান আলোক শক্তি ব্যবহার করে একটি নির্ভুল ঘড়ি তৈরি করা হয় যা পারমাণবিক ঘড়ির চেয়ে মিলিয়ন গুণ বেশি নির্ভুল। দৃশ্যমান আলো ব্যবহার করে বিশ্বের সবচেয়ে নির্ভুল ঘড়িটি এখন সফলভাবে পরীক্ষাগারে তৈরি করা হয়েছে।
এই সুনির্দিষ্ট ঘড়ির সাহায্যে আইনস্টাইনের আপেক্ষিক তত্ত্বকে যাচাই করা যায়। আমরা এই সুনির্দিষ্ট ঘড়িগুলির একটি পরীক্ষাগারে এবং অন্যটি নীচের অফিসে রেখেছিলাম, কী ঘটতে পারে তা বিবেচনা করে, এক বা দুই ঘন্টা পরে, ফলাফলটি আইনস্টাইনের আপেক্ষিকতার তত্ত্ব অনুসারে ভবিষ্যদ্বাণী করা হয়েছিল, দুটির কারণে দুটি ভিন্ন "মাধ্যাকর্ষণ ক্ষেত্র রয়েছে। মেঝেগুলির মধ্যে, দুটি ঘড়ি আর একই সময় নির্দেশ করে না, এবং নীচের ঘড়িটি উপরের দিকের ঘড়ির চেয়ে ধীর গতিতে চলে। আরও নির্ভুল ঘড়ির সাহায্যে, সেদিন হয়তো কব্জি এবং গোড়ালির সময়ও আলাদা হবে। আমরা কেবল সঠিক ঘড়ির সাহায্যে আপেক্ষিকতার জাদু অনুভব করতে পারি।

হালকা গতি কমানোর প্রযুক্তি
1999 সালে, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের হাবার্ড ইউনিভার্সিটির প্রফেসর রেনার হাওয়ে সফলভাবে আলোকে 17 মিটার প্রতি সেকেন্ডে কমিয়ে দেন, একটি গাড়ি যা ধরতে পারে, এবং তারপর সফলভাবে এমন একটি স্তরে নেমে আসে যা এমনকি একটি সাইকেলও ধরতে পারে। এই পরীক্ষায় পদার্থবিজ্ঞানের সবচেয়ে আধুনিক গবেষণা জড়িত, এবং এই নিবন্ধটি পরীক্ষার সাফল্যের জন্য শুধুমাত্র দুটি চাবিকাঠি উপস্থাপন করে। একটি হল পরম শূন্য (-273.15°C) এর কাছাকাছি অত্যন্ত নিম্ন তাপমাত্রায় সোডিয়াম পরমাণুর একটি "মেঘ" তৈরি করা, যা বোস-আইনস্টাইন কনডেনসেট নামে একটি বিশেষ গ্যাসের অবস্থা। অন্যটি একটি লেজার যা কম্পনের ফ্রিকোয়েন্সি (নিয়ন্ত্রণের জন্য লেজার) পরিবর্তন করে এবং এটির সাথে সোডিয়াম পরমাণুর একটি মেঘকে বিকিরণ করে এবং ফলস্বরূপ, অবিশ্বাস্য জিনিসগুলি ঘটে।
বিজ্ঞানীরা প্রথম পরমাণুর মেঘে স্পন্দিত আলোকে সংকুচিত করতে কন্ট্রোল লেজার ব্যবহার করেন এবং গতি অত্যন্ত কম হয়। এই সময়ে, কন্ট্রোল লেজারটি বন্ধ হয়ে যায়, স্পন্দিত আলো অদৃশ্য হয়ে যায় এবং স্পন্দিত আলোতে বাহিত তথ্য পরমাণুর মেঘে সংরক্ষণ করা হয়। . তারপরে এটি একটি নিয়ন্ত্রণ লেজার দিয়ে বিকিরণ করা হয়, স্পন্দিত আলো পুনরুদ্ধার করা হয় এবং এটি পরমাণুর মেঘ থেকে বেরিয়ে যায়। তাই মূলত সংকুচিত নাড়ি আবার প্রসারিত হয় এবং গতি পুনরুদ্ধার করা হয়। পারমাণবিক ক্লাউডে স্পন্দিত আলোর তথ্য প্রবেশের সম্পূর্ণ প্রক্রিয়াটি কম্পিউটারে পড়া, সংরক্ষণ এবং পুনরায় সেট করার মতো, তাই এই প্রযুক্তিটি কোয়ান্টাম কম্পিউটারের উপলব্ধির জন্য সহায়ক।

বিশ্ব "ফেমটোসেকেন্ড" থেকে "অ্যাটোসেকেন্ড"
ফেমটোসেকেন্ডআমাদের কল্পনার বাইরে। এখন আমরা অ্যাটোসেকেন্ডের জগতে ফিরে এসেছি, যা ফেমটোসেকেন্ডের চেয়ে ছোট। A হল SI উপসর্গ atto-এর সংক্ষিপ্ত রূপ। 1 অ্যাটোসেকেন্ড = 1 × 10^-18 সেকেন্ড = একটি ফেমটোসেকেন্ডের এক হাজারতম। অ্যাটোসেকেন্ডের স্পন্দন দৃশ্যমান আলো দিয়ে তৈরি করা যায় না কারণ পালস ছোট করার জন্য আলোর ছোট তরঙ্গদৈর্ঘ্য ব্যবহার করতে হবে। উদাহরণস্বরূপ, লাল দৃশ্যমান আলো দিয়ে ডাল তৈরির ক্ষেত্রে, সেই তরঙ্গদৈর্ঘ্যের চেয়ে ছোট ডাল তৈরি করা অসম্ভব। দৃশ্যমান আলোর সীমা প্রায় 2 ফেমটোসেকেন্ড, যার জন্য অ্যাটোসেকেন্ড ডালগুলি ছোট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের এক্স-রে বা গামা রশ্মি ব্যবহার করে। অ্যাটোসেকেন্ড এক্স-রে ডাল ব্যবহার করে ভবিষ্যতে কী আবিষ্কৃত হবে তা স্পষ্ট নয়। উদাহরণস্বরূপ, জৈব অণুগুলিকে কল্পনা করার জন্য অ্যাটোসেকেন্ড ফ্ল্যাশের ব্যবহার আমাদেরকে অত্যন্ত স্বল্প সময়ের স্কেলে তাদের কার্যকলাপ পর্যবেক্ষণ করতে এবং সম্ভবত জৈব অণুগুলির গঠন চিহ্নিত করতে সক্ষম করে।