পদার্থবিদরা সরাসরি ফোটন এবং পরমাণুর কোয়ান্টাম মিথস্ক্রিয়ায় "ঋণাত্মক সময়" পরিমাপ করেছেন: একটি পরীক্ষামূলক নিশ্চিতকরণ

টরন্টো বিশ্ববিদ্যালয়ের এফ্রাইম স্টেইনবার্গের নেতৃত্বাধীন একদল কানাডীয় বিজ্ঞানী এবং অস্ট্রেলিয়ার গ্রিফিথ বিশ্ববিদ্যালয়ের তাত্ত্বিক হাওয়ার্ড ওয়াইজম্যান যৌথভাবে একটি অভাবনীয় কোয়ান্টাম প্রভাবের পরীক্ষামূলক প্রমাণ পেয়েছেন। পরমাণুর মেঘের মধ্য দিয়ে সফলভাবে পার হয়ে যাওয়া ফোটনগুলো ওই পরমাণুগুলোর মধ্যে গড়ে একটি ঋণাত্মক উত্তেজনা সময় (negative excitation time) তৈরি করে।

পরীক্ষার মূল বিষয়বস্তু

বিজ্ঞানীরা ঠান্ডা রুবিডিয়াম পরমাণুর একটি মেঘের মধ্য দিয়ে রেজোন্যান্ট আলোর অত্যন্ত দুর্বল পালস (মূলত ফোটন) পাঠিয়েছিলেন। রেজোন্যান্ট ফ্রিকোয়েন্সিতে পরমাণুগুলোর ফোটন শোষণ এবং পুনরায় নির্গত করার কথা, যার অর্থ হলো সেগুলোর সাময়িকভাবে উত্তেজিত অবস্থায় চলে যাওয়া।

এই প্রক্রিয়ায় বেশিরভাগ ফোটন বিচ্ছুরিত হয়ে যায়। তবে খুব সামান্য অংশ সরাসরি পার হয়ে যেতে সক্ষম হয়। প্রশ্ন ছিল, এই পার হয়ে যাওয়া ফোটনগুলো উত্তেজনার রূপে পরমাণুর ভেতরে ঠিক কতক্ষণ "সময় কাটায়"।

সাধারণ উপায়ে পরিমাপ করলে এই প্রভাবটি নষ্ট হয়ে যেত (কোয়ান্টাম জেনো প্রভাব)। তাই গবেষকরা দুর্বল পরিমাপ (weak measurements) পদ্ধতি বেছে নিয়েছিলেন: তারা মেঘের মধ্য দিয়ে আরেকটি অত্যন্ত দুর্বল সহায়ক লেজার চালনা করেন এবং এর দশার (phase) অতি সামান্য পরিবর্তন পর্যবেক্ষণ করে নির্ধারণ করেন যে পরমাণুগুলো গড়ে কতটা উত্তেজিত ছিল। এই পদ্ধতিতে মূল প্রক্রিয়ায় প্রায় কোনো হস্তক্ষেপ ঘটে না, তবে এর জন্য বিশাল অংকের পরিসংখ্যানগত উপাত্তের প্রয়োজন হয়।

প্রায় কয়েক কোটি চক্র (দশ দশ ঘণ্টার পরিমাপ) এবং পোস্ট-সিলেকশন (অর্থাৎ কেবল সেই ঘটনাগুলো বেছে নেওয়া যেখানে ফোটন সফলভাবে মেঘ পার হয়েছে এবং ডিটেক্টরে ধরা পড়েছে) শেষে বিজ্ঞানীরা একটি সুস্পষ্ট ফলাফল অর্জন করেন।

"ঋণাত্মক সময়" আসলে কী — সহজ কথায়

এখানে "ঋণাত্মক সময়" বলতে সেই গড় সময়কে বোঝানো হয়েছে, যা পরমাণুগুলো কেবল সেই ফোটনগুলোর মিথস্ক্রিয়ার ফলে উত্তেজিত অবস্থায় কাটিয়েছে যেগুলো সফলভাবে মাধ্যমটি পার হয়ে গিয়েছিল।

এই মানটি ঋণাত্মক পাওয়া গেছে (উদাহরণস্বরূপ, ন্যারো-ব্যান্ড পালসের ক্ষেত্রে এটি স্বাভাবিক ধনাত্মক উত্তেজনা সময়ের প্রায় –০.৮ গুণ)।

এর মানে এই নয় যে:

• ফোটনগুলো সময়ের পেছনে ভ্রমণ করেছে;
• কার্যকারণ সম্পর্ক (causality) লঙ্ঘিত হয়েছে;
• সাধারণ অর্থে ফোটন পৌঁছানোর "আগেই" পরমাণুগুলো উত্তেজিত হয়েছে।

এর প্রকৃত অর্থ হলো:

আগে নেতিবাচক গ্রুপ ডিলয়কে (যখন আলোক পালসের শীর্ষবিন্দু মাধ্যম থেকে প্রত্যাশিত সময়ের আগেই বেরিয়ে আসে) প্রায়ই কেবল পালসের আকৃতির পরিবর্তন হিসেবে ব্যাখ্যা করা হতো: মাধ্যমটি পালসের পেছনের অংশটি "ছেঁটে" ফেলে এবং কেবল সামনের অংশটি পার হয়। তাই ধারণা করা হতো এটি একটি গাণিতিক বিভ্রম মাত্র, কোনো বাস্তব ভৌত মিথস্ক্রিয়া সময় নয়।

নতুন এই পরীক্ষায় বিজ্ঞানীরা সরাসরি পরমাণুগুলোকেই জিজ্ঞাসা করেছিলেন: "পার হয়ে যাওয়া ফোটনের কারণে তোমরা নিজেরা কতক্ষণ উত্তেজিত ছিলে?"

পরমাণুগুলো উত্তর দিয়েছে: ঋণাত্মক সময়। এবং এই উত্তরটি ফোটন পৌঁছানোর সময়ের ভিত্তিতে পরিমাপ করা ঋণাত্মক গ্রুপ ডিলের সাথে নিখুঁতভাবে মিলে গেছে।

ফলে প্রমাণিত হয় যে, ঋণাত্মক সময় কেবল পালসের আকৃতির কোনো বিভ্রম নয়। পদার্থের অবস্থার মধ্যে এর সরাসরি ভৌত প্রতিফলন রয়েছে। কোয়ান্টাম মেকানিক্সে (দুর্বল মানের মাধ্যমে) সফলভাবে পার হওয়া ফোটনগুলোর জন্য গড় "মিথস্ক্রিয়া সময়" মূলত সম্ভাবনার বিস্তারের ব্যতিচারের কারণে সত্যিই ঋণাত্মক হতে পারে।

মূল বিষয়ের সহজ ব্যাখ্যা: কোয়ান্টাম জগতে ফোটন কোনো শক্ত বলের মতো নয়, বরং এটি একটি সম্ভাবনার তরঙ্গের মতো আচরণ করে। পরমাণুর মেঘের মধ্য দিয়ে যাওয়ার সময় এই কোয়ান্টাম তরঙ্গ তাদের সাথে মিথস্ক্রিয়া করে ব্যতিচার সৃষ্টি করে। যখন একটি ফোটন সফলভাবে মাধ্যম পার হয়, তখন এর তরঙ্গ ধর্মগুলো এমনভাবে বিন্যস্ত হয় যে পরমাণুর উত্তেজিত অবস্থায় থাকার গাণিতিক সম্ভাবনাটি বাস্তবে ঋণাত্মক মানে পৌঁছে যায়।

এখানে "ঋণাত্মক সময়" হলো একটি নির্দিষ্ট কোয়ান্টাম মান, যা নির্দেশ করে যে কীভাবে তরঙ্গের ব্যতিচার সফলভাবে পার হওয়া কণাগুলোর জন্য মিথস্ক্রিয়া সময়কে বিয়োগ করে দেয়।

কেন এটি গুরুত্বপূর্ণ

এটি নিশ্চিত করে যে ঋণাত্মক গ্রুপ ডিলয় কেবল কোনো গাণিতিক চালাকি নয়, বরং কোয়ান্টাম আলো ও পদার্থের একটি প্রকৃত ভৌত বৈশিষ্ট্য। এই প্রভাবটির কথা অনেক আগেই তাত্ত্বিকভাবে বলা হয়েছিল এবং ১৯৯৩ সালে ফোটন টানেলিং সংক্রান্ত পরীক্ষায় এটি দেখা গিয়েছিল, কিন্তু তখন এর ভৌত তাৎপর্য নিয়ে প্রশ্ন ছিল।

এখন সেই সন্দেহ অনেকটাই দূর হয়েছে: পরমাণুগুলো সত্যিই এই ঋণাত্মক সময় "অনুভব" করে।

বিজ্ঞানীরা জোর দিয়ে বলেছেন: এটি কোনো টাইম মেশিন নয়। পোস্ট-সিলেকশন এবং দুর্বল পরিমাপের ক্ষেত্রে এটি সাধারণ কোয়ান্টাম পদার্থবিজ্ঞানের একটি বিশেষ দিক মাত্র। সামগ্রিক বিচারে কার্যকারণ সম্পর্ক এবং সময়ের চিরন্তন ধনাত্মক ধারা অক্ষুণ্ণ থাকে।

গবেষক দলের পরবর্তী পরিকল্পনা হলো বিচ্ছুরিত ফোটনগুলো নিয়ে আরও বিস্তারিত গবেষণা করা, যাতে বোঝা যায় কীভাবে সামগ্রিক পরিসংখ্যানে ধনাত্মক ও ঋণাত্মক সময় একে অপরকে "ক্ষতিপূরণ" করে ভারসাম্য রক্ষা করে।