అన్నీ సైన్సులో ఉన్నాయి ష!

ఎపిసోడ్‌ 1: కాంతి ఘనీభవనం

విజ్ఞానశాస్త్ర రంగానికి సంబంధించిన కాంతి ఘనీభవనానికి సంబంధించిన వార్త వారం రోజుల క్రితం విపరీతంగా జనాలను ఆకర్షించింది. ఇది నిజానికి సైన్సు పురోగతిలో చాలా గొప్ప విజయంగా చెప్పుకోవచ్చు. రెండేళ్ళ క్రితం ఆటో సెకండ్‌(సెకనులో 10-18వ వంతు)కు సంబంధించిన పరిశోధనలకు నోబెల్‌ బహుమతి ఇచ్చారు. దాని తరువాత ఇది మరొక మేలి మలుపు.

అయితే, అన్ని వార్తల లాగానే దీన్ని కూడా సంచలనంగా మార్చాలని ప్రయత్నించారు. క్లిక్కుల తిప్పలు. కొందరు లేనిపోని కల్పితాలు ప్రచారం చేస్తే, ఇంకొందరు దీన్ని కూడా, ‘అన్నీ వేదాల్లో ఉన్నాయి ష!’అని ట్రోల్‌ చేస్తూ ఎవరు ఎక్కడ ఎలా చెప్తారా అని వెటకారాలు చేశారు. అన్నీ జరిగాయి కానీ, అసలైన విషయం మర్చిపోయారు.

‘సత్యం ఏంటి?

నిజంగా దీనిలో తెలుసుకోవలసిన విషయాన్ని జనానికి ఎవరూ అందించలేదు. ఇదనే కాదు, గత రెండు శతాబ్దాలలో ఏ విషయాన్ని సరైన రీతిలో ప్రజలకు చేరవేయలేదు. ప్రత్యేకించి శాస్త్ర విజ్ఞానాన్ని. ఏదోరకంగా కలుషితం చేస్తూనే వచ్చారు. విజ్ఞాన శాస్త్రాన్ని దాని లానే అందించలేదు. స్కూలు పిల్లలను, ఇంటర్మీడియట్‌ పిల్లలను చూస్తే ఇది స్పష్టంగా అర్థమౌతుంది.

అందుకే ఒక్కసారి కాంతి ఘనీభవనం గురించి, అలాగే ఈ మధ్యనే మైక్రోసాఫ్ట్‌ సంస్థ పరిశోధకులు క్వాంటమ్‌ కంప్యూటింగ్‌ మీద సాధించిన అద్భుత పురోగతిని(కాసేపు బ్రేక్‌త్రూ అనుకుందాం) కొద్దిగా తెలుసుకుని ఆధునిక విజ్ఞాన శాస్త్రం (మాడర్న్‌ సైన్స్‌)15వ శతాబ్దం తరువాత ఎలా త్వరితగతిన పురోగతి సాధించింది? శాస్త్రసాంకేతిక రంగాలు మానవాభివృద్ధిలో ఎలాంటి పాత్ర పోషిస్తున్నాయి. అనే విషయాలతో పాటూ ఆ దృగ్వియయాలలో(phenomena)వెనుక ఉన్న మూలాలను పరిశీలిద్దాం. మన పిల్లలకే కాకుండా మన దగ్గరకు వచ్చే వారికి విజ్ఞానశాస్త్ర విశేషాలను అవసరాన్ని బట్టీ చెప్పగలిగే స్థాయిలో ఉంటే మంచిదే కదా! మూఢ నమ్మకాలను పారద్రోలాలి అంటే ముందు మనకు విషయ పరిజ్ఞానం ఉండాలి.

ఇటీవల ఇటాలీ శాస్త్రవేత్తల బృందం కాంతిని ఘనీభవింపజేయగలిగింది. నానో టెక్నాలజిస్టులు, భౌతిక శాస్త్రవేత్తలతో కూడిన ఈ బృందం తొలిసారి కాంతిని ఒక ‘సూపర్‌సాలిడ్‌’లా ప్రవర్తించేలా చేయగలిగింది.

ఇంతకీ సూపర్‌ సాలిడ్‌ అంటే ఏంటి?

‘A supersolid is a special quantum state of matter where particles form a rigid, spatially ordered structure, but also flow with zero viscosity. ’ క్వాంటమ్‌ స్థాయిలో ఒక పదార్థం మనగలిగే ఒక ప్రత్యేక స్థితిగా చెప్పుకోవచ్చు. ఇక్కడ ఆ పదార్థం ఒక ఘన పదార్థంలా ప్రత్యేక క్రమబద్ధమైన నిర్మాణంలో తయారై ఉంటుంది. అంటే ఆ పదార్థంలోని అణువులన్నీ ఒక ఘనపదార్థంలోలా(solid)క్రమపద్ధతిలో అమరి ఉంటాయి. కానీ అవి స్నిగ్ధత(viscosity) చూపవు. దీనిని సూపర్‌ఫ్లూయిడ్‌కు(స్నిగ్ధత సున్నాగా ఉండే ద్రవ/వాయు/సమ్మిశ్రమ పదార్థం) ఘన కూపాంతరంగా భావించవచ్చు.

కాంతి ఎలా అలా మార్చబడింది? ఎంత వరకూ మార్చబడింది?

ఈ నూతన ఆవిష్కరణకు సంబంధించిన వివరాలు, విశేషాలు 2025 మార్చి 5న విడుదలైన నేచర్‌ జర్నల్‌లో ప్రచురింపబడ్డాయి. ఏదైనా ద్రవం ఉష్ణోగ్రతను దాని ఘనీభవన స్థితికి తగ్గించినప్పుడు సాధారణ ఘనీభవనం జరుగుతుంది. ఆ ప్రక్రియలో ఆ ద్రవం అణువులు నెమ్మదించి స్ఫటికాకార నిర్మాణంగా(crystal structure) మారిపోతాయి. ఇదే మనకు తెలిసిన భౌతికశాస్త్ర సూత్రం.

ఈ ప్రయోగం అక్షరాలా కాంతిని మనం పట్టుకోగలిగే ప్రత్యక్ష, ప్రకాశించే ఘన వస్తువగా మార్చలేదు. బదులుగా, ఇది అధిక నియంత్రణలో ఉన్న క్వాంటమ్‌ వ్యవస్థలో కాంతిని ఉపయోగించి సూపర్‌సాలిడ్‌ స్థితిని సృష్టించడం జరిగింది. ఇది ఎలా జరిగిందో వివరాలు క్లుప్తంగా మీకోసం..

ఎలా చేశారు?

పరిశోధకులు నానోస్కేల్‌ రిడ్జ్‌లతో చేయబడిన గాలియం- అల్యూమినియం ఆర్సెనైడ్‌తో చేసిన పాక్షికవాహక(సెమీకండక్టర్‌) పదార్థాన్ని ఉపయోగించారు. ఈ పదార్థంపై పరిశోధకులు లేజర్‌ను పడేలా చేశారు. లేజర్‌ అక్కడ ఉన్న పాక్షికవాహక పదార్థం మీద పడ్డాక దానితో సంకర్షణ(interact) చెంది ధృవణాలు(polaritons) అని పిలువబడే హైబ్రిడ్‌ కణాలను ఏర్పరిచింది. పోలారిటాన్‌లు అనేవి ఎక్సైటాన్‌లతో(సెమీకండక్టర్‌లోని ఎలక్ట్రాన్‌-హోల్‌ జతలు) ఫోటాన్‌లు(కాంతి కణాలు) బలమైన సంయోగం ఫలితంగా ఏర్పరిచే క్వాసిపార్టికల్స్‌.

ఫలితం

నిర్దిష్ట పరిస్థితులలో, ఈ పోలారిటాన్‌లు స్ఫటికాకార నిర్మాణంగా వ్యవస్థీకరించబడ్డాయి. ఘనపదార్థం వంటి సాధారణ, పునరావృత నమూనా అదే సమయంలో సూపర్‌ఫ్లూయిడిటీ ప్రదర్శించబడింది. అంటే అవి స్నిగ్ధత లేదా ఘర్షణ(friction) లేకుండా/చూపకుండా ప్రవహించగలవు. ఈ ద్వంద్వ ప్రవర్తన సూపర్‌సాలిడ్‌ ముఖ్య లక్షణం.

దీని ప్రాముఖ్యత

అతిశీతల పరిస్థితులలో ఉన్నటువంటి అణువులతో తయారు చేయబడిన మునుపటి సూపర్‌సాలిడ్‌ల నుండి [ఉదాహరణకు బోస్‌-ఐన్‌స్టీన్‌ కండెన్సేట్‌లు సంపూర్ణ శూన్య ఉష్ణోగ్రత (absolute zero temperature) సమీపంలో ఉంటాయి] భిన్నంగా, ఫోటానిక్‌ వ్యవస్థలో కాంతిని ఉపయోగించి సూపర్‌సాలిడ్‌ సృష్టించబడటం ఇదే మొదటిసారి. దీని వల్ల ఇది క్వాంటం భౌతిక శాస్త్రంలో కొత్త మార్గాలను తెరుస్తుంది.

ఈ పరిశోధనాపత్రం సమర్పించింది సిఎన్‌ఆర్‌కు చెందిన డానియెలె సాన్విటో(Daniele Sanvito, CNR-INO(National Institute of Optics)కు చెందిన ఇయాకొపొ కరుసొటో(Iacopo Carusotto). ప్రయోగశాలలో కచ్చితమైన పరిస్థితులను కల్పించినపుడు అతిసూక్ష్మస్థాయిలో మాత్రమే దీనిని మనం గమనించగలమని చెప్పారు.

నిజానిజాలు

సూపర్‌సాలిడ్‌ సృష్టి: సూపర్‌సాలిడ్‌ను సృష్టించడానికి కాంతిని ఉపయోగించారనే వాదన కచ్చితమైనదే. ఇందులో అనుమానమే లేదు. ధృవణాలు ఘనపదార్థం లాంటి నిర్మాణం, సూపర్‌ ఫ్లూయిడ్‌ మాదిరి ప్రవాహం ఉన్న పదార్ధదశను(phase of matter) ఏర్పరచాయి.

నూతన ఆవిష్కరణ: తీవ్ర శీతలీకరణకు అవసరమయ్యే మునుపటి సూపర్‌సాలిడ్‌ ప్రయోగాల మాదిరిగా కాకుండా, వీరు సాధారణ ఉష్ణోగ్రత దగ్గర(room temperature)మనగలిగే సెమీకండక్టర్‌, లేజర్‌ కాంతిని ఉపయోగించారు. ఇది అతిశీతల అణు వ్యవస్థల నుంచి గణనీయమైన మార్పును సూచిస్తుంది. ఇది క్వాంటం పదార్థ పరిశోధనలో గొప్ప పురోగతి.

శాస్త్రీయ ధ్రువీకరణ: నేచర్‌ జర్నల్‌ విఖ్యాతి చెంది, సైన్సు సమాజంలో గౌరవాన్ని పొందుతున్న మ్యాగజైన్‌(Peer reviewed). కాబట్టి అందులో ప్రచురించబడింది అంటే విషయం నమ్మదగినదే అని శాస్త్ర సమాజం అంగీకరిస్తుంది. సూపర్‌సాలిడ్‌కు ఉన్న అన్ని లక్షణాలను చూపగలిగే విధంగా కాంతిని వీరు ఘనీభవింపజేసిన విషయం మాత్రం నిజం.

భవిష్యత్‌ స్థితి: ఈ పరిశోధన క్వాంటం మెకానిక్స్‌, నూతన పదార్థ స్థితులపై(newer or exotic states of matter) మీద మన అవగాహనను మరింతగా పెంచుతుంది. ఇది క్వాంటమ్‌ టెక్నాలజీలలో భవిష్యత్తు ఉపయోగాలను కూడా తెలుపగలదు. అయితే, ఇవి ప్రస్తుతానికి ఊహాజనిత దశలో ఉన్నాయనే చెప్పాలి.

అతిశయోక్తులు

కాంతిని పూర్తిస్థాయి ఘనపదార్థంగా మార్చగలిగారనేది పెద్ద అతిశయోక్తి. సూక్ష్మస్థాయిలో మాత్రమే ఇది ప్రస్తుతానికి సాధ్యం అయ్యింది. మనం చేతితో స్పృశించగలిగేలా ఇంకా జరగలేదు.

క్వాంటమ్‌ కంప్యూటింగ్‌, శక్తి నిల్వ లేదా సూపర్‌ కండక్టర్లను తక్షణమే విప్లవాత్మకంగా మారుస్తుందనే వాదనలు అతిశయోక్తులే అవుతాయి. సబన్‌ విశ్వవిద్యాలయానికి(Sorbonne University) చెందిన పరిశోధకుడు ఆల్బర్టో బ్రమటీ చెప్పిన విధంగా దీనికి సంబంధించిన పూర్తిస్థాయి వివరాలు ఇంకా తెలియాల్సి ఉందని, దానికి మరికొంత కాలం పడుతుందని గ్రహించాలి.

పురోగతి స్థాయి

కొన్ని నివేదికలు దీనిని కాంతి గురించి మన అవగాహనను తిరగరాస్తుందని పేర్కొన్నాయి. కానీ అది నిజం కాదు. ఇంకా ఆ స్థాయిలో ఫలితాలు రాలేదు. మరికొన్ని దశాబ్దాల పైనే పట్టవచ్చు. ప్రస్తుతానికి మనకు తెలిసిన క్వాంటమ్‌ భౌతికశాస్త్ర సూత్రాలకు లొంగుతూనే ఉంది. సూపర్‌సాలిడ్‌లు దశాబ్దాలుగా అధ్యయనం చేయబడుతున్నాయి. పురోగతి లభించింది. అంతే.

అందరూ చేయగలరా?

సాధారణ మీడియా దీనిని అతి తేలికగా చేయగలిగిన పనిగా అభివర్ణించింది. కానీ, పైన పేర్కొన్నట్లు ఇది అంత సులభసాధ్యం కాదు. అత్యంత ఆధునిక/అధునాతన పరికరాలు కలిగిన ప్రయోగశాలల బయట ఇది పునరుత్పత్తి చేయబడదు. ఇదే ప్రయోగం మరోసారి ఇదే స్థాయిలో వెనువెంటనే ఇదే తరహా ఫలితం ఇవ్వగలుగుతుందా అన్నది కూడా అనుమానమే.

ప్రస్తుతానికి ఆట మొదలైంది అనటానికి గుర్తుగా టాస్‌ మాత్రమే వేశారు. ఇంకా జట్ల వివరాలు ప్రకటించాలి. ఆట మొదలవ్వాలి. దానికి ఎంత కాలం పడుతుందన్నది తెలియదు. ఇవి సరే! అసలు కాంతి గురించి పరిశోధనలు ఎప్పుడు, ఎలా మొదలయ్యాయి? ఈ విషయాలను తెలుసుకోవడానికి కాలంలో ఐదు శతాబ్దాలు వెనక్కి వెళ్దాం!

సశేషం..

– గీతాచార్య