एक्स-रे लेज़र ने वार्म डेंस मैटर में नई अंतर्दृष्टि उजागर की

एक नया अध्ययन जो X-ray लेज़रों का उपयोग करके वार्म डेंस मैटर (WDM) का अध्ययन करता है, ने इस क्षेत्र में कई लोगों को उत्साहित किया है। शोधकर्ताओं ने यूरोपीय XFEL का उपयोग करके इस रहस्यमय पदार्थ की अवस्था के आसपास कई प्रयोग किए। यहाँ उनकी खोजें हैं।

वार्म डेंस मैटर (WDM) अवस्था

“वार्म डेंस मैटर” शब्द एक विशिष्ट पदार्थ समूह का वर्णन करता है जो वर्तमान भौतिकी वर्गीकरण में सीधे नहीं फिट बैठता। कई लोग वार्म डेंस मैटर को ब्रह्मांड का एक महत्वपूर्ण निर्माण खंड मानते हैं और इसे समझना अस्तित्व के इतिहास में गहरी अंतर्दृष्टि प्रदान करेगा। उल्लेखनीय रूप से, इस पदार्थ अवस्था के अस्तित्व को केवल दो दशकों पहले ही स्वीकार किया गया था।

वार्म डेंस मैटर ब्रह्मांड में प्रचुर मात्रा में पाया जाता है। यह अनोखी अवस्था बृहस्पति जैसे गैसीय ग्रहों और ब्राउन ड्वार्फ सितारों के केंद्र में भी मिलती है। वार्म डेंस मैटर की विशिष्टता यह है कि यह प्लाज़्मा और ठोस अवस्था के बीच का एक मध्यवर्ती चरण है। इसलिए, इसे पुनः निर्मित करना अत्यंत कठिन है और यह खगोलभौतिकी, ग्रह विज्ञान और परमाणु विखंडन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

प्रारंभिक समझ में WDM को व्यापक रूप से परिभाषित किया गया था। इसमें कई घटनाएँ शामिल थीं जिनका तापमान कुछ हजार डिग्री से लेकर उच्च घनत्व तक था। पिछले 5 वर्षों में, इस परिभाषा का विस्तार करके इसे 0.01 से 100 g/cm³ के बीच घनत्व और कई हजार केल्विन (1‑100 eV) से अधिक तापमान वाले खगोलीय पिंडों तक शामिल किया गया है।

WDM की निगरानी और निर्माण के वर्तमान तरीके

पिछले समय में ऑप्टिकल उपकरणों का उपयोग करके वार्म डेंस मैटर अवस्था को देखा गया था। हालांकि, इस दृष्टिकोण की सीमाएँ उपकरण की क्षमताओं से जुड़ी थीं। विशेष रूप से, उपकरण शिखर पर ऊर्जा स्तरों को सही ढंग से पंजीकृत और मॉनिटर नहीं कर सकता था।

वर्तमान में उपयोग किया जाने वाला एक अन्य तरीका X‑ray उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी है। यह विधि 12 वर्ष पहले इलेक्ट्रॉन‑रहित विकल्प के रूप में विकसित की गई थी। इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने X‑ray फ्री‑इलेक्ट्रॉन लेज़रों (XFELs) का उपयोग करके एक फेम्टोसेकंड की अत्यधिक तीव्र X‑ray पल्स उत्पन्न की। उल्लेखनीय रूप से, फेम्टोसेकंड लेज़र ऐसी पल्स भेजता है जो एक अरबवें सेकंड के मिलियनवें भाग के बराबर होती है।

विश्वसनीय XFEL लेज़रों की शुरुआत ने शोधकर्ताओं को WDM अवस्था के अध्ययन को आगे बढ़ाने में सक्षम बनाया। विशेष रूप से, उन्होंने लेज़र‑X‑ray विकिरण के संपर्क में आने वाले पदार्थ के अस्थायी परिवर्तन और ऑप्टिकल गुणों की जांच की। इन अध्ययनों ने नई प्रकार की X‑ray‑फ्री‑इलेक्ट्रॉन लेज़रों के लिए मार्ग खोल दिया। इस अध्ययन के लिए, शोधकर्ताओं ने यूरोपीय XFEL का उपयोग करके एटॉमिक लंबाई स्केल में परिवर्तन को मापने की क्षमता का लाभ उठाते हुए ठोस पदार्थ को WDM अवस्था में परिवर्तित करने का सटीक दस्तावेज़ीकरण किया।

यूरोपीय XFEL लेज़र

यूरोपीय XFEL लेज़र विश्व में केवल एक दर्जन XFEL में से एक है। यह उन्नत उपकरण DESY अनुसंधान केंद्र के सहयोग से निर्मित किया गया था। इसमें 2.1 मील लंबा परीक्षण क्षेत्र है जो शोधकर्ताओं को पदार्थ के इलेक्ट्रॉनिक और आयनिक संरचना को उसके परिवर्तन के दौरान मॉनिटर करने में सक्षम बनाता है।

वार्म डेंस मैटर अध्ययन

अब तक, इस प्रकार की नई प्रणालियों के विकिरण द्वारा पदार्थ अवस्थाओं को रिकॉर्डेबल और ट्रैक करने योग्य तरीके से बदलने पर बहुत कम अध्ययन किए गए हैं। इसलिए, शोधकर्ताओं ने विवरण दिया कि अल्ट्रा‑फास्ट X‑ray फ्री‑इलेक्ट्रॉन लेज़र पल्स कैसे तांबे को वार्म डेंस मैटर में परिवर्तित कर सकते हैं। विशेष रूप से, टीम ने बड़े विकिरण तीव्रता रेंज में L‑एज X‑ray एब्जॉर्प्शन स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके अवस्थाओं को परिवर्तित करने की प्रक्रिया को विस्तृत किया।

वार्म डेंस मैटर परीक्षण

लेज़र पल्स को 15 फेम्टोसेकंड के लिए तांबे के नमूनों पर प्रहार करने के लिए सेट किया गया। शोधकर्ताओं ने विभिन्न तीव्रताओं पर इस प्रक्रिया को दोहराया ताकि प्रभाव और प्रत्येक समायोजन के पदार्थ परिवर्तन दर पर प्रभाव को देखा जा सके। उन्होंने देखा कि X‑ray लेज़र पल्स ने मजबूत आयनीकरण उत्पन्न किया।

यह आयनीकरण इलेक्ट्रॉनों को पदार्थ को विस्तारित करने के कारण बनाता है क्योंकि तापमान बढ़ता है। कुछ सेकंड के भीतर, पदार्थ आयनीकृत WDM में परिवर्तित हो गया। इसके बाद, यह X‑ray के प्रति पारदर्शी हो गया। इस संतृप्त अवशोषण (SA) से रिवर्स संतृप्त अवशोषण (RSA) में परिवर्तन ने शोधकर्ताओं का ध्यान आकर्षित किया।

प्रायोगिक डेटा को सिमुलेशन के साथ मिलाना

परीक्षण प्रक्रिया यूरोपीय XFEL (EuXFEL) के स्पेक्ट्रोस्कोपी और कोहेरेंट स्कैटरिंग (SCS) उपकरण का उपयोग करके की गई। इस स्थान ने शोधकर्ताओं को प्रयोग करने और परिणामों को बारीकी से रिकॉर्ड करने के लिए आदर्श स्थान प्रदान किया। उन्होंने सटीक रूप से जांचा कि कितनी विकिरण पदार्थ के माध्यम से पारित हुई और उसके आयनीकरण परिवर्तन कैसे हुए।

स्रोत – नेचर

विशेष रूप से, प्रयोगों को XFEL पल्स ऊर्जा को Kirkpatrick–Báez दर्पणों के माध्यम से केंद्रित करने की आवश्यकता थी। इस विधि ने टीम को बीम आकार को 4 μm पूर्ण‑चौड़ाई आधा‑अधिकतम (FWHM) पर सेट करने में सक्षम बनाया। दो X‑ray गैस मॉनिटर के साथ 2 mJ की पल्स ऊर्जा मापी गई। ये उपकरण इंटरैक्शन पॉइंट के 2.3 m डाउनस्ट्रीम पर स्थित थे।

डिवाइस ने लेज़र को 40 μm के प्रवेश स्लिट और 1,200 लाइन प्रति mm के ग्रेटिंग से गुजारा। एक छोटा CCD कैमरा भी पेश किया गया ताकि X‑ray‑उत्तेजित तांबे की आगे निगरानी की जा सके। इसके बाद, टीम ने काइनेटिक बोल्ट्ज़मैन समीकरणों को DFT के सीमित‑तापमान विस्तारों के साथ लागू किया ताकि उनका अंतिम डेटा प्राप्त हो सके। फिर 15‑fs‑लंबी XFEL पल्स का उपयोग परीक्षण तांबे किनारों पर किया गया, जहाँ मापों से दिखा कि तीव्रता को दोगुना किया जा सकता है।

बोल्ट्ज़मैन सॉल्वर सॉफ़्टवेयर

बोल्ट्ज़मैन काइनेटिक समीकरण सॉल्वर एक कस्टम‑निर्मित सिमुलेशन सॉफ़्टवेयर पैकेज है जो थोक पदार्थ पर X‑ray पल्स विकिरण के मॉडलिंग को सक्षम करता है। यह प्रोग्राम प्रोफेसर ज़ियाजा‑मोट्यका द्वारा 2004 में बनाया गया था और अब तक WDM अनुसंधान में महत्वपूर्ण रहा है। सिमुलेशन ने इंजीनियरों को विभिन्न लेज़र तीव्रताओं के विरुद्ध WDM के ऊर्जा स्तर में परिवर्तन का अनुकरण करने की अनुमति दी। इस सॉफ़्टवेयर ने मूल्यवान अंतर्दृष्टि प्रदान की और समय, धन और संसाधनों की बचत की।

XANES

X‑ray एब्जॉर्प्शन नियर‑एज स्ट्रक्चर स्पेक्ट्रोस्कोपी (XANES) को भी परीक्षण प्रक्रिया में एकीकृत किया गया। यह इकाई प्रयोग के दौरान वैलेन्स इलेक्ट्रॉन अवस्था और एटॉमिक संरचना की निगरानी करती थी। यह अपनी पूरी स्पेक्ट्रल बैंडविड्थ के कारण कार्य के लिए आदर्श थी, जिससे टीम को पदार्थ के संक्रमण चरणों को बेहतर समझने में मदद मिली।

परिणाम

परीक्षण परिणामों ने प्रक्रिया के कुछ प्रमुख विवरण उजागर किए। एक, X‑ray तीव्रता का आयनीकरण से सीधा संबंध है। यह प्रक्रिया उत्तेजित अवस्था में परमाणुओं के टक्करों द्वारा लाए गए ऊर्जा स्तरों में नाटकीय परिवर्तन करती है। इन टक्करों की गति और तीव्रता लेज़र पल्स द्वारा प्रदान की गई ऊर्जा की मात्रा के अनुपात में थी।

दिलचस्प बात यह है कि टीम ने देखा कि 10^15 W cm⁻² से कम पल्स तीव्रता पर एक अवशोषण शिखर प्राप्त किया जा सकता है। उन्होंने धीरे‑धीरे लेज़र तीव्रता बढ़ाई जब तक परीक्षण उपकरण ने पदार्थ को अपारदर्शी दिखाया। जब तीव्रता को और बढ़ाया गया, तो पदार्थ लेज़र पल्स के प्रति पारदर्शी हो गया। इस प्रकार, अध्ययन दर्शाता है कि एक निश्चित उच्च ऊर्जा स्तर पर X‑ray को WDM द्वारा अवशोषित नहीं किया जा सकता।

लाभ

इस शोध से बाजार को कई लाभ मिलते हैं। नई प्रणाली WDM, उसकी उत्पत्ति और विशिष्ट ऊर्जा स्तरों के तहत उसकी क्षमताओं की गहरी समझ प्रदान करती है। शोधकर्ताओं द्वारा प्रदान किया गया डेटा खगोलभौतिकविदों और परमाणु इंजीनियरों को इस पदार्थ अवस्था के विश्व पर संभावित प्रभाव को बेहतर समझने में मदद करता है।

WDM की थर्मोडायनामिक्स को समझना नई संभावनाओं के द्वार खोलता है। यह तकनीक मजबूत सामग्री और परीक्षण प्रक्रियाओं को सक्षम बनाती है। ये कदम मनुष्यों को अधिक शक्तिशाली और दीर्घकालिक अंतरिक्ष यान बनाने में सक्षम करेंगे, जो नई संलयन विधियों का उपयोग करके ऊर्जा उत्पन्न कर सकते हैं।

शोधकर्ता

यह शोध पोलिश अकादमी ऑफ साइंसेज़ (IFJ PAN) के इंस्टीट्यूट ऑफ न्यूक्लियर फिज़िक्स, क्राकोव द्वारा आयोजित किया गया था। नीना रोहरिंगर प्रमुख शोधकर्ता थीं। अतिरिक्त रूप से, प्रोफेसर बीटा ज़ियाजा‑मोट्यका और डॉ. लॉरेंट मर्सिएडियर ने यूरोपीय XFEL से भाग लिया, और यह अध्ययन आंशिक रूप से पोलिश अकादमी ऑफ साइंसेज़ के इंस्टीट्यूट ऑफ न्यूक्लियर फिज़िक्स द्वारा वित्तपोषित था।

इस अध्ययन से लाभान्वित हो सकने वाली कंपनियां

कई फर्में इस शोध से लाभ उठाने की स्थिति में हैं, चाहे वे एयरोनॉटिकल कंपनियां हों या नई संलयन विधियों पर काम कर रही हों; नई संभावनाएं उपलब्ध हैं। यह अध्ययन वर्तमान पेशकशों को सुधारने और भविष्य में उत्पादों को उन्नत करने में मदद कर सकता है। इस प्रकार, ये कंपनियां अपने बाजार में महत्वपूर्ण स्थान रखती हैं और ट्रेडर्स के लिए सकारात्मक होल्ड मानी जाती हैं।

1. Exelon Corporation

EXC मूल्य चार्ट

Exelon Corporation (EXC ) ने 2020 में दो प्रमुख ऊर्जा कंपनियों, PECO और Unicom के विलय के बाद बाजार में प्रवेश किया। यह कंपनी उत्तर अमेरिका की सबसे बड़ी ऊर्जा आपूर्तिकर्ताओं में से एक है और इसका मुख्यालय शिकागो, IL में स्थित है। यह Fortune 500 कंपनी है और बाजार में सबसे बड़े और सबसे सफल प्रदाताओं में से एक के रूप में मान्यता प्राप्त है। यह समुदाय पर भी मजबूत ध्यान देती है, जिसमें +20K कर्मचारी कार्यबल विकास और सामुदायिक आउटरीच को समर्पित हैं।

Exelon आपके पोर्टफ़ोलियो में जोड़ने के लिए एक समझदार स्टॉक है। कंपनी के पास छह नियमनित उपयोगिताएँ हैं और $101 B से अधिक संपत्तियों का नियंत्रण है। अतिरिक्त रूप से, इसके पास संयुक्त राज्य में 12 पावर प्लांटों में 21 सक्रिय परमाणु रिएक्टर हैं। ये सभी कारक Exelon को बाजार में अग्रणी और आपके पोर्टफ़ोलियो में एक समझदार जोड़ बनाते हैं।

2. Lockheed Martin

LMT मूल्य चार्ट

Lockheed Martin (LMT ) ने 1950 के दशक में Lockheed और Martin Marietta के विलय के बाद आधिकारिक रूप से बाजार में प्रवेश किया। यह कंपनी एयरोडायनामिक्स, सैन्य, ड्राइव, रोटरी और अंतरिक्ष क्षेत्रों में अग्रणी है। इस प्रकार, यह शोधकर्ताओं के प्रयासों को तुरंत उपयोग करने के लिए अनूठी स्थिति में है।

Lockheed उन सबसे प्रतिष्ठित विमानों के लिए जिम्मेदार है जो आकाश में उड़ते हैं। उनका अमेरिकी रक्षा उद्योग में भी बड़ा हिस्सा है जहाँ उन्हें उच्च‑तकनीकी एयरोनॉटिक्स के लिए जाना जाता है। WDM की बेहतर समझ उनके प्रस्ताव को कई तरीकों से सुधार सकती है। एक, यह नई प्रणोदन प्रणालियों के द्वार खोल सकती है। साथ ही, यह इंजीनियरों को नई प्रक्रियाओं और मॉडलों का उपयोग करके अधिक प्रभावी विमान मॉडल करने की अनुमति देगा।

विशेष रूप से, Lockheed Martin अमेरिकी औद्योगिक जटिल का एक विशाल हिस्सा है। यह वर्तमान में विश्वभर में +122k लोगों को रोजगार देता है और +350 सुविधाएँ रखता है। ये कारक, साथ ही बोइंग से गुणवत्ता नियंत्रण संबंधी चिंताओं के बाद उनके उत्पादों की बढ़ती मांग, ने LockeheadMartin को आपके पोर्टफ़ोलियो में एक समझदार जोड़ बना दिया है।

WDM अनुसंधान और अनुप्रयोगों का भविष्य

आप उम्मीद कर सकते हैं कि इस अध्ययन से एकत्रित डेटा को कई उद्योगों में तुरंत उपयोगी बनाया जाएगा। निर्मित मॉडल शोधकर्ताओं को X‑ray पल्स‑शेपिंग के क्षेत्रों को आगे बढ़ाने में मदद करेंगे, जिससे मॉनिटरिंग क्षमताएँ काफी सुधरेंगी और उन चीज़ों की एक झलक मिलेगी जो पहले शोधकर्ताओं के लिए अदृश्य थीं।

अंतरिक्ष यान के धातु हीट शील्ड

एक स्थान जहाँ WDM सामान्य है वह है जब एक अंतरिक्ष यान पृथ्वी के वायुमंडल में प्रवेश करता है। जब भी कोई यान पृथ्वी के वायुमंडल में पुनः प्रवेश करता है, तापमान और विकिरण उस स्तर तक पहुँचते हैं जो WDM बनाते हैं। इस अध्ययन में प्रस्तुत शोध इंजीनियरों को अधिक कुशल और मजबूत अंतरिक्ष यान हीट शील्ड बनाने में मदद करेगा जो WMD ऊर्जा को सुरक्षित रूप से विसरित कर सके।

नियंत्रित नाभिकीय संलयन (ICF – इनर्शियल कन्फाइनमेंट फ्यूजन)

शोधकर्ता लंबे समय से कम‑लागत नाभिकीय संलयन का सपना देखते आए हैं। यह शोध दुनिया को उस लक्ष्य को समझने और प्राप्त करने के एक कदम और करीब ले जाता है। टीम ने ठोस साक्ष्य और नई विधियाँ प्रस्तुत की हैं जो भविष्य के शोधकर्ताओं को एटॉमिक परिवर्तन को सटीक रूप से मॉनिटर करने और अधिक प्रभावी संलयन मॉडल बनाने में सक्षम बनाती हैं। इस प्रकार, यह शोध एक दिन सभी के लिए स्वच्छ ऊर्जा लाने का मार्ग खोल सकता है।

अधिक शोध की आवश्यकता है

अध्ययन ने WDM की क्षमताओं को harness करने में रुचि जगाई है। वर्तमान में, यह पदार्थ छोटे सितारों, ग्रहों, बौने सितारों, कण बीम इंटरैक्शन, धातुओं के एब्लेशन और तीव्र लेज़र इंटरैक्शन में पाया जाता है। यह नई विधि इस ब्रह्मांड‑निर्माण पदार्थ के और अधिक स्थानों को उजागर कर सकती है। इस प्रकार, शोधकर्ता आने वाले हफ़्तों में अधिक परीक्षण की तैयारी कर रहे हैं क्योंकि उनके निष्कर्ष पीयर‑रिव्यू से गुजर रहे हैं।

वार्म डेंस मैटर (WDM) – अभी भी बहुत कुछ सीखना बाकी है

यह सोचकर हैरानी होती है कि शोधकर्ता अभी-अभी यह समझ रहे हैं कि WDM कैसे कार्य करता है। यह सामान्य पदार्थ अवस्था अस्तित्व के मूल में है और जितना अधिक लोग इसके बारे में समझेंगे, उतना ही स्पष्ट हो जाएगा कि यह वर्तमान में उपयोग में आने वाली ऊर्जा स्रोतों से कई गुना अधिक शक्ति स्रोतों को अनलॉक कर सकता है। इस प्रकार, इन शोधकर्ताओं को ब्रह्मांड के सबसे पुराने रहस्यों में से एक पर प्रकाश डालने में मदद करने के लिए एक सलाम दिया जाना चाहिए।

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