SZTU ریسرچ ٹیم نے Attosecond دالوں میں مربوط تابکاری کا نیا طریقہ کار دریافت کیا

حال ہی میں، شینزین یونیورسٹی آف ٹیکنالوجی (SZUT) سے پروفیسر Ruan Shuangchen اور پروفیسر Zhou Cangtao کی ٹیم نے دنیا میں پہلی بار ایک سپرلومینل پلازما ٹیل فیلڈ سے اٹوسیکنڈ پلس اور سب سائیکل کوہرنٹ آپٹیکل شاک پیدا کرنے کے لیے ایک فزیکل اسکیم تجویز کی ہے۔ اور مربوط تابکاری پیدا کرنے کے لیے ایک نئے طریقہ کار کی وضاحت کی جس پر الیکٹران کے اجتماعی عمل کا غلبہ ہے۔ تحقیق کے نتائج بین الاقوامی طبیعیات کے جریدے فزیکل ریویو لیٹرز میں "Coherent subcycle optical shock from a superluminal plasma wake" کے عنوان سے شائع ہوئے۔ اسسٹنٹ پروفیسر ہاؤ پینگ اس مقالے کے پہلے مصنف ہیں، اور پروفیسر تائیو ہوانگ، کانگٹاؤ ژاؤ اور شوانگ شن روآن شریک مصنفین ہیں۔
برقی مقناطیسی لہروں کی تابکاری ہماری زندگی میں ہر جگہ دیکھی جا سکتی ہے اور اس کا ہماری زندگیوں سے گہرا تعلق ہے، جیسے دکھائی دینے والے بینڈ میں سورج کی روشنی اور روشنیاں، مائیکرو ویو بینڈ میں سیل فون اور وائی فائی سگنلز، انتہائی الٹرا وائلٹ بینڈ میں فوٹو لیتھوگرافی روشنی کے ذرائع اور ایکس رے۔ ہائی انرجی بینڈ میں۔ تاہم، فطرت میں زیادہ تر روشنی غیر مربوط روشنی ہے، جس میں پیچیدہ تعدد، بہت وسیع مقامی پوائنٹنگ اور افراتفری کے مراحل ہوتے ہیں۔ روشنی کا پہلا مربوط ذریعہ، لیزر، 1960 کی دہائی میں ایجاد ہوا تھا۔ مربوط روشنی کے لیے، اس میں موجود سپیکٹرل اجزاء کی ہم آہنگی کی وجہ سے، ہر ایک جز کے مرحلے کا فرق طے ہوتا ہے، اس لیے روشنی کی دالوں کی ماڈیولیشن اور کمپریشن کو محسوس کرنا ممکن ہے، تاکہ ایک بہت ہی مختصر روشنی کے ساتھ مربوط روشنی کا ذریعہ حاصل کیا جا سکے۔ مدت اور بہت اعلی چوٹی طاقت.
روشنی کے مربوط ذرائع جیسے کہ لیزرز اپنے تعارف کے فوراً بعد ہر جگہ عام ہو گئے، اور لیزرز کے اہم استعمال ہر جگہ پائے جا سکتے ہیں، سائنسی تحقیق، صنعت اور فوج سے لے کر مواصلات، تفریح ​​اور فنون، نیز ہماری روزمرہ کی زندگیوں میں۔ لیزر ٹیکنالوجی کی ترقی اور اس کے استعمال نے کئی نوبل انعامات کو بھی جنم دیا ہے، جیسے کہ 2018 کا فزکس کا نوبل انعام جیرارڈ مورو اور پروفیسر ڈونا سٹرک لینڈ کو چیرپڈ پلس لیزر ایمپلیفیکیشن کی ایجاد کے لیے دیا گیا، جس نے لیزر میں اضافہ کیا۔ چمک (طاقت کی کثافت) شدت کے تقریباً 10 آرڈرز، سورج کی روشنی کی چمک سے تقریباً 21 آرڈرز کی شدت سے زیادہ؛ جبکہ اس سال کا فزکس کا نوبل انعام پیئر اگوسٹینی، فیرنک کراؤز اور پروفیسر این ایل ہولیئر کو دیا گیا، جو روشنی کی اٹوسیکنڈ پلس کے موجد ہیں، جو ایٹموں اور مالیکیولز کے اندرونی ارتقاء کی تصاویر لینے کے لیے کافی مختصر ہیں۔

(a) فطرت میں روشنی کا ذریعہ؛ (b) انسان کی طرف سے تخلیق کردہ روشنی کا مربوط ذریعہ - لیزر؛ (c) سپرسونک ہوائی جہاز کی وجہ سے صوتی جوش (d) تابکاری کے ذریعہ سے جوش پیدا کرنے کے اصول کا اسکیمیٹک خاکہ۔
مربوط روشنی کے ذرائع کی نسل کی کلید فیز لاکنگ ہے، یعنی تابکاری میں شامل ہر ایک خوردبینی ذرہ کے درمیان مرحلہ یکساں ہے، لیزر کی تخلیق آئن سٹائن کے پیش کردہ محرک تابکاری کے اصول پر مبنی ہے۔ ، یعنی، الٹ ایٹموں کے ذرات کی تعداد فوٹون کے واقعہ فوٹوون کے مطابق واقع فوٹوون مرحلے کے ساتھ جاری کی جائے گی۔ اور فری الیکٹران لیزر، اس طرح کا ایک میگا سائنسی آلہ الیکٹران بیم اثر کے بیم کی مائیکرو ایگریگیشن پر مبنی ہے، جو اس بات کو یقینی بناتا ہے کہ ہر الیکٹران کی حرکت ایک ہی مرحلے میں ہو۔ فطرت میں، لہروں کے لیے ایک اور مرحلہ بند کرنے کا طریقہ کار موجود ہے - جوش۔ مثال کے طور پر، صوتی ہیجان پیدا ہوتا ہے جب ایک سپرسونک ہوائی جہاز ہوا میں آواز کی رفتار سے زیادہ تیزی سے سفر کرتا ہے، کیونکہ ایک خاص زاویہ (چیرینکوف زاویہ) کے ساتھ فیز فرنٹ فیز لاک ہوتا ہے جب ہوائی جہاز کے سر سے مختلف لمحات میں آواز کی لہریں پیدا ہوتی ہیں۔ ایک کروی لہر سامنے میں باہر پھیل گیا. اسی طرح، اگر تابکاری کے منبع کو روشنی کی رفتار سے تجاوز کرنے کی اجازت دی جائے تو، ایک نئی قسم کی مربوط برقی مقناطیسی لہر تابکاری، نظری اتیجیت پیدا کی جا سکتی ہے۔ تاہم، یہ ناممکن ہے کہ تابکاری کا ایک ہی ذریعہ خلا میں روشنی کی رفتار سے زیادہ ہو، کیونکہ خصوصی اضافیت ہمیں بتاتی ہے کہ کسی بھی چیز کی حرکت "روشنی کی رفتار سے زیادہ" نہیں ہو سکتی۔
حالیہ برسوں میں، شینزین یونیورسٹی آف ٹیکنالوجی کی تحقیقی ٹیم پہلے بڑے پیمانے پر انتہائی شدید لیزر جامع تجرباتی پلیٹ فارم (ہائی پاور نینو سیکنڈ-پکوسیکنڈ-فیمٹوسیکنڈ لیزر ڈیوائس) کی تعمیر کو بھرپور طریقے سے فروغ دے رہی ہے۔ . اس پلیٹ فارم کی ایک اہم تحقیقی سمت نئے مربوط ریڈی ایشن لائٹ سورس کو تیار کرنا اور متعلقہ ایپلیکیشن ریسرچ کرنا ہے۔ حال ہی میں، ٹیم نے مربوط تابکاری کے بنیادی اصول سے الیکٹرانوں کے اجتماعی عمل کی بنیاد پر ایک نیا مربوط تابکاری کا طریقہ کار تجویز کیا ہے: ایک رشتہ دار الیکٹران بیم کے ایک پلازما کے ساتھ تعامل کے ذریعے جس میں آہستہ آہستہ مختلف ہوتی ہوئی اوپر کی کثافت کے میلان کے ساتھ، ایک پلازما ویکیول آہستہ آہستہ۔ گھٹتے ہوئے سائز کو متحرک کیا جا سکتا ہے (ویکیول کا سائز منفی طور پر پلازما کی کثافت سے منسلک ہوتا ہے)، اور مختلف پوزیشنوں پر پلازما الیکٹران ویکیول کے آخر میں ریباؤنڈ ہوتے ہیں اور ویکیول کے آخر میں ریڈی ایٹ ہوتے ہیں، جس کی وجہ طول البلد کے سائز کے ہوتے ہیں۔ خلا مختلف مقامات پر پلازما الیکٹران بلبلے کے سرے سے اچھالتے ہیں اور وہاں پھیلتے ہیں۔ جیسے جیسے بلبلے کا طولانی سائز بتدریج کم ہوتا جاتا ہے، اس کی دم کی اجتماعی رفتار ڈرائیونگ الیکٹران بیم (روشنی کی رفتار کے قریب) کی رفتار سے زیادہ ہوتی ہے، جو "superluminal" کی حالت کو حاصل کر لیتی ہے، اور اس طرح شعاعیں یہاں پیدا ہونے والے مختلف الیکٹرانوں کو چیرینکوف زاویہ کے ساتھ نظری جوش پیدا کرنے کے لیے مربوط طور پر سپرمپوز کیا جاتا ہے۔ تابکاری کی روشنی کے منبع میں بہت منفرد خصوصیات ہیں: نہ صرف نبض کی چوڑائی انتہائی مختصر ہے، اٹوسیکنڈ پیمانے پر پہنچتی ہے، اور شدت بہت زیادہ ہے، پھیلاؤ کے فاصلے کے مربع کے متناسب، بلکہ اس میں بہترین مقامی سمت بھی ہے، بہت چھوٹا کونیی بازی بھی۔ ، مستحکم کیریئر لفافہ مرحلہ، اور الٹرا وائیڈ فریکوئنسی ٹیوننگ رینج۔

(a) ایک رشتہ دار الیکٹران بیم کا اسکیمیٹک خاکہ جو پلازما سے ٹکراتی ہے اور ویکیول کے دم کے آخر میں آپٹیکل جوش کی لہر پیدا کرتی ہے۔ (b) آپٹیکل ایکسائٹیشن ویو ریڈی ایشن ایک سپر لیومینوس ویکیول کے دم کے آخر میں جیسا کہ ایک بڑے سپر کمپیوٹنگ عددی تخروپن میں دیکھا گیا ہے۔
مندرجہ بالا کام ایک الیکٹران بیم کے ذریعہ چلنے والے ایک نئے مربوط تابکاری کے طریقہ کار کی وضاحت کرتا ہے، جو کلاسیکی مربوط ریڈی ایشن تھیوری کی حد کو توڑتا ہے جس کے لیے الیکٹران بیم کا سائز تابکاری طول موج سے بہت چھوٹا ہونا ضروری ہے۔ دریں اثنا، یہ کام مربوط روشنی کے منبع کی پیداوار کے لیے ایک سادہ اور قابل عمل جسمانی تجرباتی اسکیم فراہم کرتا ہے، جس سے ٹیبل ٹاپ سائز پر اعلیٰ معیار کی ایٹوسیکنڈ سبپیریوڈک لیزر دالیں پیدا ہونے کی توقع ہے، جس کا زندہ بافتوں اور خلیات کی اٹوسیکنڈ سپیکٹروسکوپی پر اہم اثر پڑے گا۔ الٹرا فاسٹ مالیکیولر ہیرا پھیری اور تشخیص، الیکٹرانک اٹوسیکنڈ ڈائنامکس میٹرولوجی، اور بیٹ ہرٹز فریکوئنسی کی انتہائی ہائی فریکوئنسی سگنل پروسیسنگ، اور دیگر لاگو تحقیق۔ اس کے علاوہ، اس کام نے چین میں فار فیلڈ ٹائم ڈومین مربوط تابکاری کے لیے پہلا متوازی کمپیوٹنگ پروگرام تیار کیا ہے، روایتی تخروپن کے طریقوں میں عددی بازی اور قریب اور دور فیلڈ ٹرانسفارمیشن شور کی رکاوٹ کے مسائل کو حل کیا ہے، اور زیادہ وقت کا احساس کیا ہے۔ -سپیس سے حل شدہ ہائی فریکوئنسی تابکاری کی خود ساختہ تخروپن، اور ساتھ ہی نئے مربوط تابکاری کے ذرائع کی ترقی کے لیے ایک نیا تکنیکی طریقہ فراہم کیا۔
یہ نتیجہ الیکٹران بیم سے چلنے والی مربوط ریڈی ایشن جنریشن میں ایک اور اہم پیش رفت ہے جو کہ شینزین یونیورسٹی آف ٹیکنالوجی کی ہائی انرجی ڈینسٹی فزکس ریسرچ ٹیم کی طرف سے بنائی گئی ہے، دسمبر 2021 اور مئی 2023 میں فزیکل ریویو لیٹرز کی اشاعتوں کے بعد۔ یہ بات قابل ذکر ہے کہ پرتگالی سائنسدانوں نے ٹیم کے ساتھ تقریباً ایک ہی وقت میں اسی طرح کے جسمانی میکانزم اور اسکیم کی تجویز پیش کی، اور متعلقہ کام کو نیچر کے تحت ایک جریدے نیچر فوٹوونکس نے قبول کیا۔
اس تحقیق کو چین کی وزارت سائنس اور ٹیکنالوجی کے کلیدی ریسرچ اینڈ ڈویلپمنٹ پروگرام، نیشنل نیچرل سائنس فاؤنڈیشن آف چائنا (این ایس ایف سی)، شینزین کی لیبارٹری اسٹیبلشمنٹ پروگرام، اور شینزین بقایا یوتھ فنڈ پروگرام کے ذریعے مالی اعانت فراہم کی گئی تھی۔ نقلی کام شینزین یونیورسٹی آف ٹیکنالوجی کے ایڈوانسڈ میٹریل ٹیسٹنگ ٹیکنالوجی ریسرچ سنٹر کے قریب ٹریلین بار/سیکنڈ سپر کمپیوٹنگ سمولیشن پلیٹ فارم پر کیا گیا۔