ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர்

A ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர்ஒரு "அல்ட்ராஷார்ட் பல்ஸ் லைட்" உருவாக்கும் சாதனம், இது ஒரு ஜிகா வினாடிக்கு மட்டுமே ஒளியை வெளியிடுகிறது. Fei என்பது Femto என்பதன் சுருக்கமாகும், இது சர்வதேச அலகுகளின் முன்னொட்டு மற்றும் 1 femtosecond = 1×10^-15 வினாடிகள். துடிப்புள்ள ஒளி என்று அழைக்கப்படுவது ஒரு நொடி மட்டுமே ஒளியை வெளியிடுகிறது. ஒரு கேமராவின் ஃபிளாஷின் ஒளி-உமிழும் நேரம் சுமார் 1 மைக்ரோ செகண்ட் ஆகும், எனவே ஃபெம்டோசெகண்டின் அல்ட்ரா-ஷார்ட் பல்ஸ் லைட் அதன் நேரத்தின் பில்லியனில் ஒரு பங்கு மட்டுமே ஒளியை வெளியிடுகிறது. நாம் அனைவரும் அறிந்தபடி, ஒளியின் வேகம் வினாடிக்கு 300,000 கிலோமீட்டர்கள் (1 வினாடியில் பூமியைச் சுற்றி 7 மற்றும் அரை வட்டங்கள்) இணையற்ற வேகத்தில் உள்ளது, ஆனால் 1 ஃபெம்டோசெகண்டில், ஒளி கூட 0.3 மைக்ரான் மட்டுமே முன்னேறும்.

பெரும்பாலும், ஃபிளாஷ் புகைப்படம் எடுத்தல் மூலம் நாம் நகரும் பொருளின் தற்காலிக நிலையை வெட்ட முடியும். அதேபோல், ஒரு ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர் ஒளிரச் செய்யப்பட்டால், அது ஒரு வன்முறை வேகத்தில் சென்றாலும் இரசாயன எதிர்வினையின் ஒவ்வொரு பகுதியையும் பார்க்க முடியும். இந்த நோக்கத்திற்காக, ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர்கள் இரசாயன எதிர்வினைகளின் மர்மத்தை ஆய்வு செய்ய பயன்படுத்தப்படலாம்.
"செயல்படுத்தப்பட்ட நிலை" என்று அழைக்கப்படும் அதிக ஆற்றலுடன் ஒரு இடைநிலை நிலையைக் கடந்து சென்ற பிறகு பொது இரசாயன எதிர்வினைகள் மேற்கொள்ளப்படுகின்றன. செயல்படுத்தப்பட்ட நிலையின் இருப்பு 1889 ஆம் ஆண்டிலேயே வேதியியலாளர் அர்ஹீனியஸால் கோட்பாட்டளவில் கணிக்கப்பட்டது, ஆனால் அது மிகக் குறுகிய காலத்திற்கு இருப்பதால் அதை நேரடியாகக் கவனிக்க முடியாது. ஆனால் அதன் இருப்பு 1980 களின் பிற்பகுதியில் ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர்களால் நேரடியாக நிரூபிக்கப்பட்டது, இது ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர்கள் மூலம் இரசாயன எதிர்வினைகளை எவ்வாறு துல்லியமாக தீர்மானிக்க முடியும் என்பதற்கான எடுத்துக்காட்டு. எடுத்துக்காட்டாக, சைக்ளோபென்டனோன் மூலக்கூறு கார்பன் மோனாக்சைடு மற்றும் 2 எத்திலீன் மூலக்கூறுகள் செயல்படுத்தப்பட்ட நிலையில் சிதைகிறது.
ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர்கள் இப்போது இயற்பியல், வேதியியல், உயிர் அறிவியல், மருத்துவம் மற்றும் பொறியியல் போன்ற பரந்த அளவிலான துறைகளிலும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, குறிப்பாக ஒளி மற்றும் மின்னணுவியலில். ஏனென்றால், ஒளியின் தீவிரம் ஒரு பெரிய அளவிலான தகவலை ஒரு இடத்திலிருந்து இன்னொரு இடத்திற்கு கிட்டத்தட்ட இழப்பு இல்லாமல் அனுப்ப முடியும், மேலும் ஆப்டிகல் தகவல்தொடர்புகளை துரிதப்படுத்துகிறது. அணு இயற்பியல் துறையில், ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர்கள் மிகப்பெரிய தாக்கத்தை ஏற்படுத்தியுள்ளன. துடிப்புள்ள ஒளியானது மிகவும் வலுவான மின்சார புலத்தைக் கொண்டிருப்பதால், 1 ஃபெம்டோசெகண்டுக்குள் எலக்ட்ரான்களை ஒளியின் வேகத்திற்கு அருகில் முடுக்கிவிட முடியும், எனவே இது எலக்ட்ரான்களை முடுக்கிவிட ஒரு "முடுக்கியாக" பயன்படுத்தப்படலாம்.

மருத்துவத்தில் பயன்பாடு
மேலே குறிப்பிட்டுள்ளபடி, ஃபெம்டோசெகண்ட் உலகில் ஒளி கூட அதிக தூரம் பயணிக்க முடியாதபடி உறைந்திருக்கும், ஆனால் இந்த நேரத்தில் கூட, அணுக்கள், பொருளில் உள்ள மூலக்கூறுகள் மற்றும் கணினி சில்லுகளுக்குள் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் இன்னும் சுற்றுகளில் நகர்கின்றன. ஃபெம்டோசெகண்ட் நாடித்துடிப்பை உடனடியாக நிறுத்தப் பயன்படுத்தினால், என்ன நடக்கிறது என்பதைப் படிக்கவும். ஒளிரும் நேரத்தை நிறுத்துவதற்கு கூடுதலாக, ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர்கள் 200 நானோமீட்டர்கள் (ஒரு மில்லிமீட்டரில் 2/10,000 வது) விட்டம் கொண்ட உலோகத்தில் சிறிய துளைகளை துளைக்க முடியும். இதன் பொருள், குறுகிய காலத்தில் சுருக்கப்பட்டு உள்ளே பூட்டப்பட்ட அல்ட்ரா-ஷார்ட் பல்ஸ்டு லைட், அதி-உயர் வெளியீட்டின் அற்புதமான விளைவை அடைகிறது, மேலும் சுற்றியுள்ள பகுதிகளுக்கு கூடுதல் சேதத்தை ஏற்படுத்தாது. மேலும், ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசரின் துடிப்புள்ள ஒளி, பொருட்களின் மிக நுண்ணிய ஸ்டீரியோஸ்கோபிக் படங்களை எடுக்க முடியும். ஸ்டீரியோஸ்கோபிக் இமேஜிங் மருத்துவ நோயறிதலில் மிகவும் பயனுள்ளதாக இருக்கிறது, இதனால் ஆப்டிகல் இன்டர்ஃபெரன்ஸ் டோமோகிராபி எனப்படும் புதிய ஆராய்ச்சித் துறையைத் திறக்கிறது. இது ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர் மூலம் எடுக்கப்பட்ட உயிருள்ள திசு மற்றும் உயிரணுக்களின் ஸ்டீரியோஸ்கோபிக் படம். எடுத்துக்காட்டாக, ஒளியின் மிகக் குறுகிய துடிப்பு தோலை நோக்கமாகக் கொண்டது, துடிப்புள்ள ஒளி தோலின் மேற்பரப்பில் இருந்து பிரதிபலிக்கிறது, மேலும் துடிப்புள்ள ஒளியின் ஒரு பகுதி தோலில் செலுத்தப்படுகிறது. தோலின் உட்புறம் பல அடுக்குகளால் ஆனது, மேலும் தோலுக்குள் நுழையும் துடிப்பு ஒளி ஒரு சிறிய துடிப்பு ஒளியாகத் திரும்புகிறது, மேலும் தோலின் உள் அமைப்பை பிரதிபலித்த ஒளியில் இந்த பல்வேறு துடிப்பு ஒளியின் எதிரொலியிலிருந்து அறியலாம்.
கூடுதலாக, இந்த தொழில்நுட்பம் கண் மருத்துவத்தில் சிறந்த பயன்பாட்டைக் கொண்டுள்ளது, கண்ணில் ஆழமான விழித்திரையின் ஸ்டீரியோஸ்கோபிக் படங்களை எடுக்கும் திறன் கொண்டது. இதன் மூலம் மருத்துவர்களின் திசுக்களில் பிரச்சனை உள்ளதா என்பதை கண்டறிய முடியும். இந்த வகை பரிசோதனை கண்களுக்கு மட்டுமல்ல. லேசரை ஆப்டிகல் ஃபைபர் மூலம் உடலுக்குள் அனுப்பினால், உடலில் உள்ள பல்வேறு உறுப்புகளின் அனைத்து திசுக்களையும் ஆய்வு செய்ய முடியும், மேலும் இது எதிர்காலத்தில் புற்றுநோயாக மாறியிருக்கிறதா என்று கூட சரிபார்க்க முடியும்.

மிகத் துல்லியமான கடிகாரத்தை செயல்படுத்துதல்
ஒரு என்றால் என்று விஞ்ஞானிகள் நம்புகின்றனர்ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர்கடிகாரமானது புலப்படும் ஒளியைப் பயன்படுத்தி உருவாக்கப்பட்டுள்ளது, இது அணுக் கடிகாரங்களைக் காட்டிலும் நேரத்தை மிகத் துல்லியமாக அளவிட முடியும், மேலும் இது வரும் ஆண்டுகளில் உலகின் மிகத் துல்லியமான கடிகாரமாக இருக்கும். கடிகாரம் துல்லியமாக இருந்தால், கார் வழிசெலுத்தலுக்குப் பயன்படுத்தப்படும் ஜிபிஎஸ் (குளோபல் பொசிஷனிங் சிஸ்டம்) துல்லியமும் பெரிதும் மேம்படுத்தப்படுகிறது.
காணக்கூடிய ஒளி ஏன் துல்லியமான கடிகாரத்தை உருவாக்க முடியும்? அனைத்து கடிகாரங்களும் கடிகாரங்களும் ஒரு ஊசல் மற்றும் ஒரு கியரின் இயக்கத்திலிருந்து பிரிக்க முடியாதவை, மேலும் துல்லியமான அதிர்வு அதிர்வெண் கொண்ட ஊசல் ஊசலாட்டத்தின் மூலம், கியர் நொடிகளுக்கு சுழலும், துல்லியமான கடிகாரமும் விதிவிலக்கல்ல. எனவே, மிகவும் துல்லியமான கடிகாரத்தை உருவாக்க, அதிக அதிர்வு அதிர்வெண் கொண்ட ஊசல் பயன்படுத்த வேண்டியது அவசியம். குவார்ட்ஸ் கடிகாரங்கள் (ஊசல்களுக்கு பதிலாக படிகங்களுடன் ஊசலாடும் கடிகாரங்கள்) ஊசல் கடிகாரங்களை விட துல்லியமானவை, ஏனெனில் குவார்ட்ஸ் ரெசனேட்டர் ஒரு வினாடிக்கு அதிக முறை ஊசலாடுகிறது.
சீசியம் அணுக் கடிகாரம், இப்போது நேர தரநிலையாக உள்ளது, சுமார் 9.2 ஜிகாஹெர்ட்ஸ் அதிர்வெண்ணில் ஊசலாடுகிறது (சர்வதேச அலகு கிகாவின் முன்னொட்டு, 1 கிகா = 10^9). அணுக் கடிகாரமானது, சீசியம் அணுக்களின் இயற்கையான அலைவு அதிர்வெண்ணைப் பயன்படுத்தி, அதே அலைவு அதிர்வெண்ணுடன் ஊசல் நுண்ணலைகளை மாற்றுகிறது, மேலும் அதன் துல்லியம் கோடிக்கணக்கான ஆண்டுகளில் 1 வினாடி மட்டுமே. இதற்கு மாறாக, புலப்படும் ஒளியானது நுண்ணலைகளை விட 100,000 முதல் 1,000,000 மடங்கு அதிக அலைவு அதிர்வெண்ணைக் கொண்டுள்ளது, அதாவது, அணுக் கடிகாரங்களை விட மில்லியன் மடங்கு துல்லியமான துல்லியமான கடிகாரத்தை உருவாக்க, புலப்படும் ஒளி ஆற்றலைப் பயன்படுத்துகிறது. புலப்படும் ஒளியைப் பயன்படுத்தும் உலகின் மிகத் துல்லியமான கடிகாரம் தற்போது ஆய்வகத்தில் வெற்றிகரமாக உருவாக்கப்பட்டுள்ளது.
இந்த துல்லியமான கடிகாரத்தின் உதவியுடன், ஐன்ஸ்டீனின் சார்பியல் கோட்பாட்டை சரிபார்க்க முடியும். இந்த துல்லியமான கடிகாரங்களில் ஒன்றை ஆய்வகத்திலும், மற்றொன்றை கீழே உள்ள அலுவலகத்திலும் வைத்தோம், என்ன நடக்கும் என்று கருதி, ஒரு மணி நேரம் அல்லது இரண்டு மணி நேரம் கழித்து, ஐன்ஸ்டீனின் சார்பியல் கோட்பாட்டின் மூலம் கணிக்கப்பட்ட முடிவு, இரண்டின் காரணமாக வெவ்வேறு "ஈர்ப்பு புலங்கள் உள்ளன. "மாடிகளுக்கு இடையில், இரண்டு கடிகாரங்களும் இனி ஒரே நேரத்தைக் குறிக்காது, மேலும் கீழே உள்ள கடிகாரம் மேலே உள்ளதை விட மெதுவாக இயங்கும். மிகவும் துல்லியமான கடிகாரத்துடன், மணிக்கட்டு மற்றும் கணுக்காலின் நேரம் கூட அந்த நாளில் வித்தியாசமாக இருக்கும். துல்லியமான கடிகாரங்களின் உதவியுடன் சார்பியல் மந்திரத்தை நாம் வெறுமனே அனுபவிக்க முடியும்.

ஒளி வேகத்தை குறைக்கும் தொழில்நுட்பம்
1999 ஆம் ஆண்டில், அமெரிக்காவில் உள்ள ஹப்பார்ட் பல்கலைக்கழகத்தின் பேராசிரியர் ரெய்னர் ஹோவ் ஒளியை ஒரு வினாடிக்கு 17 மீட்டராக வெற்றிகரமாகக் குறைத்தார், இது ஒரு கார் அடையக்கூடிய வேகத்தை, பின்னர் ஒரு சைக்கிள் கூட பிடிக்கும் அளவிற்கு வெற்றிகரமாக மெதுவாக்கப்பட்டது. இந்த பரிசோதனையானது இயற்பியலில் அதிநவீன ஆராய்ச்சியை உள்ளடக்கியது, மேலும் இந்த கட்டுரை சோதனையின் வெற்றிக்கான இரண்டு விசைகளை மட்டுமே அறிமுகப்படுத்துகிறது. ஒன்று, போஸ்-ஐன்ஸ்டீன் கண்டன்சேட் எனப்படும் சிறப்பு வாயு நிலை, முழுமையான பூஜ்ஜியத்திற்கு (-273.15 ° C) மிகக் குறைந்த வெப்பநிலையில் சோடியம் அணுக்களின் "மேகம்" உருவாக்குவது. மற்றொன்று அதிர்வு அதிர்வெண்ணை (கட்டுப்பாட்டுக்கான லேசர்) மாற்றியமைக்கும் லேசர் மற்றும் அதனுடன் சோடியம் அணுக்களின் மேகத்தை கதிர்வீச்சு செய்கிறது, இதன் விளைவாக, நம்பமுடியாத விஷயங்கள் நடக்கின்றன.
விஞ்ஞானிகள் முதலில் கண்ட்ரோல் லேசரைப் பயன்படுத்தி அணுக்களின் மேகத்தில் உள்ள துடிப்பு ஒளியை அழுத்துகிறார்கள், மேலும் வேகம் மிகவும் மெதுவாக உள்ளது. இந்த நேரத்தில், கட்டுப்பாட்டு லேசர் அணைக்கப்படுகிறது, துடிப்புள்ள ஒளி மறைந்துவிடும், மேலும் துடிப்புள்ள ஒளியில் கொண்டு செல்லப்படும் தகவல்கள் அணுக்களின் மேகத்தில் சேமிக்கப்படும். . பின்னர் அது ஒரு கட்டுப்பாட்டு லேசர் மூலம் கதிர்வீச்சு செய்யப்படுகிறது, துடிப்புள்ள ஒளி மீட்டெடுக்கப்படுகிறது, மேலும் அது அணுக்களின் மேகத்திலிருந்து வெளியேறுகிறது. எனவே முதலில் சுருக்கப்பட்ட துடிப்பு மீண்டும் நீட்டப்பட்டு வேகம் மீட்டமைக்கப்படுகிறது. ஒரு அணு கிளவுட்டில் துடிப்புள்ள ஒளி தகவலை உள்ளிடுவதற்கான முழு செயல்முறையும் ஒரு கணினியில் வாசிப்பது, சேமிப்பது மற்றும் மீட்டமைப்பது போன்றது, எனவே இந்த தொழில்நுட்பம் குவாண்டம் கணினிகளை உணர உதவுகிறது.

"ஃபெம்டோசெகண்ட்" முதல் "அட்டோசெகண்ட்" வரை உலகம்
ஃபெம்டோசெகண்ட்ஸ்நம் கற்பனைக்கு அப்பாற்பட்டவை. இப்போது நாம் மீண்டும் அட்டோசெகண்டுகளின் உலகில் வந்துவிட்டோம், அவை ஃபெம்டோசெகண்டுகளை விடக் குறைவு. A என்பது SI முன்னொட்டு atto என்பதன் சுருக்கமாகும். 1 அட்டோசெகண்ட் = 1 × 10^-18 வினாடிகள் = ஒரு ஃபெம்டோசெகண்டில் ஆயிரத்தில் ஒரு பங்கு. அட்டோசெகண்ட் துடிப்புகளை புலப்படும் ஒளியுடன் உருவாக்க முடியாது, ஏனெனில் துடிப்பைக் குறைக்க ஒளியின் குறுகிய அலைநீளங்கள் பயன்படுத்தப்பட வேண்டும். எடுத்துக்காட்டாக, சிவப்பு நிற ஒளியுடன் பருப்புகளை உருவாக்கும் விஷயத்தில், அந்த அலைநீளத்தை விட பருப்புகளை குறைவாக உருவாக்குவது சாத்தியமில்லை. காணக்கூடிய ஒளியின் வரம்பு சுமார் 2 ஃபெம்டோசெகண்டுகள் ஆகும், இதற்கு அட்டோசெகண்ட் பருப்புகள் குறைந்த அலைநீள எக்ஸ்-கதிர்கள் அல்லது காமா கதிர்களைப் பயன்படுத்துகின்றன. அட்டோசெகண்ட் எக்ஸ்ரே பருப்புகளைப் பயன்படுத்தி எதிர்காலத்தில் என்ன கண்டுபிடிக்கப்படும் என்பது தெளிவாகத் தெரியவில்லை. எடுத்துக்காட்டாக, உயிரி மூலக்கூறுகளைக் காட்சிப்படுத்த அட்டோசெகண்ட் ஃப்ளாஷ்களைப் பயன்படுத்துவது, அவற்றின் செயல்பாட்டை மிகக் குறுகிய கால அளவீடுகளில் கவனிக்க உதவுகிறது, மேலும் உயிர் மூலக்கூறுகளின் கட்டமைப்பைக் குறிப்பிடலாம்.