அணு அண்டம் அறிவியல் -24

அணு அண்டம் அறிவியல் -24 உங்களை வரவேற்கிறது

ஒரு மீட்டர் உயரமுள்ள ஒரு தடையை பாதையில் வைத்தால் அதை விளையாட்டு வீரர் ஒருவர் 'ஜம்ப்' செய்யக் கூடும். ஐந்து மீட்டர் உயரமுள்ள தடையை வைத்தால்? சாலையில் ஒரு மேடு வந்தால் நீங்கள் சைக்கிளை அதன் மேல் ஏற்றி அதைக் கடந்து செல்லலாம். ஒரு மலையே வந்தால்? ஏன் மலை மீது சைக்கிளால் ஏற முடிவதில்லை என்றால்
மலை மிகவும் உயரமாக உள்ளது என்று சொல்லலாம். கொஞ்சம் 'டெக்னிகலாக' சொல்வதென்றால் மலையின் நிலை ஆற்றல் * (potential energy ) சைக்கிளின் இயக்க ஆற்றலை (kinetic energy ) விட
அதிகமாக உள்ளது. (படம் 1 )

அணுவில் இருந்து வெளிப்படும் 'ஆல்பா துகள்கள்' என்ற சைக்கிள்களும் ஒரு பெரிய மலையை எதிர்கொள்கின்றன. அணுக்கருவின் potential barrier எனப்படும் மலை.இந்தத் தடையை எதிர்த்து வெளியே வரும் அளவு அவைகளுக்கு இயக்க ஆற்றல் இருப்பதில்லை. ஆனாலும் அவை வெளியே வருகின்றன ! மலையைத் துளைத்து ஒரு 'சுரங்கம்' அமைத்துக் கொண்டு சைக்கிள் வெளியே வந்தால் எப்படி இருக்கும்?அது மாதிரி அவை வெளியே வருகின்றன? இதனால் இந்த விளைவை குவாண்டம் சுரங்கம் (quantum Tunneling ) என்கிறார்கள்.

யசோதா கிருஷ்ணனைப் பற்றி சொல்லும் போது 'இப்போது தான் இங்கே இருந்தான்..அடுத்த கணத்தில் பார்த்தால் இன்னொருத்தி வீட்டில் இருக்கிறான்" என்கிறாள்..போன அத்தியாயத்தில் ஒரு வாத்து கொவான் பார்த்தோம்.'வாத்தை எப்படி வெளியே எடுப்பது ?' என்றால் வாத்து வெளியே தான் இருக்கிறது என்று பதில் சொல்வது அபத்தமாகத் தோன்றலாம்..இதே அபத்தத்தைத் தான் குவாண்டம் இயற்பியலிலும் சொல்கிறார்கள். ஆல்பா துகள் அணுக்கருவின் வெளியே காணப்படுவதற்கும் சாத்தியக்கூறு இருக்கிறது..அதனால் தான் அது வெளியே தப்பித்து வருகிறது என்கிறார்கள்.

எலக்ட்ரான், ஃ போட்டான் இவை மட்டும் மட்டும் தான் சுரங்கம் தோண்டி உள்ளே செல்லுமா? சுவரில் எறியப்படும் பந்து ஒன்று சுவரைத் துளைத்துக் கொண்டு உள்ளே செல்லாமல் ஏன் திரும்பி வருகிறது? நாம் ஏன் மூடிய கதவில் போய் முட்டிக் கொள்கிறோம்? என்றால் In day-to-day world, there are too much of particles ! அதாவது இந்த துகள்கள் இந்த மாதிரி மாயா ஜாலத்தை எல்லாம் யாராலும் பார்க்கப்படாமல் தனித்து இருக்கும் போது மட்டும் செய்கின்றன. (in complete isolation ) ஒரு துகளை 'ஒன்று' என்று வைத்துக் கொண்டால் அது Tunnel ஆவதற்கான சாத்தியகூறு (probability) 1 /1 = 1 .ஆனால் சாதாரண வாழ்க்கையில் பில்லியன் பில்லியன் கணக்கில் துகள்கள் நம் மீது மோதுகின்றன. அப்படிப் பார்க்கும் போது நாம் கதவைத் துளைத்துக்கொண்டு செல்வதற்கான சாத்தியகூறு 1 / பில்லியன் பில்லியன் = கிட்டத்தட்ட பூஜ்ஜியம்..அதாவது இது சாத்தியம் தான் ..என்ன கொஞ்சம் காத்திருக்க வேண்டும்..எத்தனை நேரம் காத்திருப்பது என்றால் நம் பிரபஞ்சத்தின் ஆயுள் வரை காத்திருந்தால் போதும்.நாமும் சுரங்கம் அமைத்துக் கொண்டு உள்ளே போய் விடுவோம்!

ஆல்பா துகளை அடுத்து இந்த சுரங்க விளைவு (Tunneling ) வேறு எங்கெல்லாம் நடக்கிறது என்று பார்ப்போம்.

FIBER OPTICS தெரியுமா? ஆடியோ, வீடியோ, டேட்டா எல்லாவற்றையும் ஒளித்துடிப்புகளாக மாற்றி மெல்லிய கண்ணாடி இழை வழியே நெடுந்தூரத்திற்கு அனுப்பும் தொழில்நுட்பம்.

உதாரணமாக RAVI என்ற பெயரை அந்தப் பக்கத்திற்கு அனுப்ப வேண்டும் என்றால் முதலில் RAVI என்பது ஒன்று மற்றும் பூச்சியங்களாக மாற்றப்படும்

R - 01010010
A - 01000001
v - 01110110
I - 01001001

இப்போது ஒன்று என்றால் லேசர் ஆன் செய்யப்படும். பூச்சியம் என்றால் லேசர் ஆஃப் செய்யப்படும். ஒரு நொடிக்கு பத்து லட்சம் முறை லேசரை ஆன்-ஆஃப் செய்யும் டெக்னாலஜி இன்று உள்ளது.இந்த ஒளித்துடிப்பு ஃபைபர் வழியே பயணித்து சேர வேண்டிய இடைத்தை அடைகிறது. லைட் சென்சிடிவ் டையோடுகள் இந்த ஒளியை உணர்ந்து கொண்டு அதை மீண்டும் R -A -V -I என்று மாற்றுகின்றன.

ஒளியானது கண்ணாடி இழைக்கு வெளியே ஊடுருவி சிதறி விடாமல் உள்ளேயே REFLECT ஆகும் படி செய்யப்படுகிறது.(total internal reflection )

இப்படி ஒரு கண்ணாடிப் பேழையில் சிறைப்படுத்தப்பட்ட ஒளியைக் கற்பனை செய்வோம். ஒளியை உள்ளே அடிக்கும் கோணம் மிகவும் சிறியதாக இருப்பதால் அது வெளியே எஸ்கேப் ஆகாமல் உள்ளேயே இருக்கிறது. ஆனால் இந்த கண்ணாடிப் பேழைக்கு மிக அருகில் (சில நானோ மேட்டர்கள் இடைவெளியில்) இன்னொரு கண்ணாடியை வைத்தால் அந்த சிறிய Air gap இன் வழியே ஒளி 'கசிந்து' இரண்டாவது பேழையைத் தொடுகிறது. ஒளி ஓர் அலை என்பதால் கண்ணாடியின் விளிம்பில் அது பட்டு எதிரொளிக்கிறது. கண்ணாடியின் விளிம்பில் அது கொஞ்சம் நீண்டு வெளியேயும் போகிறது. இடைவெளி சிறியதாக இருப்பதால் அதன் வழியே Tunnel ஆகி இன்னொரு கண்ணாடியின் விளிம்பைத் தொட்டு தப்பிக்கிறது! (படம்)

ஓகே..

ஒரு கேள்வி..அணுக்களை நம்மால் பார்க்க முடியுமா? 'மைக்ராஸ்கோப்' வைத்துக் கொண்டு பாக்டீரியாவை வேண்டுமானால் பார்க்கலாம்..ஆனால் அணு? அது பாக்ட்டீரியாவை விட லட்சம் மடங்கு சிறியது. அதை எப்படிப் பார்ப்பது?

1986 ஆம் ஆண்டுக்கான இயற்பியலின் நோபல் பரிசு கெர்ட் பின்னிக் மற்றும் ஹீன்ரிச் ரோஹ்ரர் (
Gerd Binnig and Heinrich Rohrer )என்பவர்களுக்குக் கிடைத்தது. இரண்டாயிரம் ஆண்டுகளுக்கு முன் டெமாக்ரிடஸ் கற்பனையில் பார்த்த அணுக்களை இவர்கள் நம் கண் முன்னால் காட்டினார்கள்! அணுக்களைப் பொறுத்த வரை நாமெல்லாம் குருடர்கள் தான்..ஆனால் குருடர்கள் கூட ஒருவரைக் கையால் தடவிப் பார்த்து அவர் இப்படி தான் இருக்கிறார் என்று வரைந்தே காட்ட முடியும்..அது மாதிரி தான் இதுவும்.. Scanning Tunneling Microscope (STM) என்ற இது எப்படி வேலை செய்கிறது என்று பார்க்கலாம்.

ஸ்கேன் செய்யப்பட வேண்டிய பரப்புக்கு மிக நெருக்கமாக (சில நானோ மீட்டர்கள் நெருக்கத்தில்) ஒரு மிகக் கூர்மையான ஊசி பொருத்தப்படுகிறது. இந்த ஊசிக்கும் Specimen னுக்கும் இடையே ஒரு மின்னழுத்த வேறுபாடு (voltage ) இருக்குமாறு செய்யப்படுகிறது. ஊசியின் முனை வரை வரும் எலக்ட்ரான்கள் இந்த மின்னழுத்த வேறுபாடு காரணமாக அந்த சிறிய இடைவெளியை Tunnel செய்து கொண்டு தப்பித்து பரப்பின் மீது ஓடுகின்றன. இதனால் மின் சுற்று பூர்த்தியாகி அதன் வழியே ஒரு மின்சாரம் உருவாகிறது. இதை ஒரு கம்ப்யூட்டருக்குக் கொடுத்தால் அது ஸ்கேன் செய்யப்படும் பொருள் உள்ளே எப்படி இருக்கும் என்று காட்டி விடும். பழக்கடையில் அடுக்கி வைக்கப்பட்ட ஆரஞ்சுகள் போல வரிசை வரிசையாய் அணுக்கள் தெரிந்தன. உண்மையிலேயே இதைப் பார்த்து அவர்கள் இருவரும் பூரித்துப் போயிருப்பார்கள்! (படம்)

Quantum Tunneling நடக்கும் மூன்றாவது இடம் ................(any guess ?) நம் தினமும் பார்க்கும் விஷயம் தான்...சூரியன் , நட்சத்திரங்கள்..

ஐன்ஸ்டீன் E =Mc2 என்று கண்டுபிடிக்கும் வரை சூரியன் எரிவது எதனால் என்று விஞ்ஞானிகளுக்கு தெரியவில்லை. அதற்கு முன்னால் சூரியன் ஏன் எரிகிறது என்று கேட்டால் பகவான் அருளால் எரிகிறது என்று தான் சொல்லிக் கொண்டிருந்தார்கள்.ஐன்ஸ்டீனைப் பற்றி சொல்லும் போது " A man who erased Hiroshima with a piece of chalk' என்பார்கள்..ஒரே நொடியில் ஆயிரம் ஆயிரம் ஹிரோஷிமாக்களை அழித்து விடும் அளவு ஆற்றல் ஒவ்வொரு நொடியும் சூரியனில் உற்பத்தியாகிறது.

சூரியனில் (Inverse ) quantum tunneling நடக்கிறது என்று கண்டுபிடித்து சொன்னவர் 'ஹோவ்டர்மான்ஸ்' (Houtermans ) என்பவர். அன்று இரவு அவர் தன் காதலியுடன் கடற்கரைக்கு சென்றிருந்தாராம்.
கடற்கரையில் அமர்ந்து கொண்டு காதலியை impress செய்வதற்காக நட்சத்திரங்களைக் காட்டி 'அவை எப்படி எரிகின்றன' என்று மனித வரலாற்றிலேயே எனக்கு தான் முதன் முதலில் தெரியும் என்று சொன்னாராம்.. (காதலி 'உங்களுக்கு ஏதாவது உளறுவதே வேலையாப் போச்சு..நாளைக்கு எனக்கு ஒரு பிளாட்டினம் செயின் வாங்கித் தாங்க என்று சொன்னது வேறு விஷயம்!)
நாமாக இருந்திருந்தால் காதலியுடன் 'நட்சத்திர ஜன்னலில் வானம் எட்டிப் பார்க்குது' என்று அபத்தமாகப் பாட்டு பாடியிருப்போம்!

சூரியனுக்குள் என்ன தான் நடக்கிறது? சூரியனுக்கும் குவாண்டம் tunneling கிற்கும் என்ன சம்பந்தம்? அடுத்த அத்தியாயத்தில் பார்க்கலாம்.......

சமுத்ரா

* சைக்கிள் மலை மீது இருந்தால் அதன் நிலை ஆற்றல்

சமுத்ரா