৩ অক্টোবর, ২০২৩ সন্ধ্যায় এক গুরুত্বপূর্ণ ঘোষণায়, ২০২৩ সালের পদার্থবিদ্যায় নোবেল পুরস্কার ঘোষণা করা হয়, যেখানে অ্যাটোসেকেন্ড লেজার প্রযুক্তির ক্ষেত্রে অগ্রণী ভূমিকা পালনকারী তিন বিজ্ঞানীর অসামান্য অবদানের স্বীকৃতিস্বরূপ নোবেল পুরস্কার ঘোষণা করা হয়।

"অ্যাটোসেকেন্ড লেজার" শব্দটির নামকরণ করা হয়েছে অবিশ্বাস্যভাবে সংক্ষিপ্ত সময়কাল থেকে, বিশেষ করে অ্যাটোসেকেন্ডের ক্রম অনুসারে, যা ১০^-১৮ সেকেন্ডের সমান। এই প্রযুক্তির গভীর তাৎপর্য বোঝার জন্য, অ্যাটোসেকেন্ড কী বোঝায় তার মৌলিক ধারণা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। অ্যাটোসেকেন্ড সময়ের একটি অত্যন্ত ক্ষুদ্র একক হিসেবে বিবেচিত হয়, যা এক সেকেন্ডের বিস্তৃত প্রেক্ষাপটে এক সেকেন্ডের এক বিলিয়ন ভাগের এক ভাগ গঠন করে। এটিকে পরিপ্রেক্ষিতে বলতে গেলে, যদি আমরা এক সেকেন্ডকে একটি উঁচু পাহাড়ের সাথে তুলনা করি, তাহলে একটি অ্যাটোসেকেন্ড পাহাড়ের পাদদেশে অবস্থিত বালির এক কণার মতো হবে। এই ক্ষণস্থায়ী সময়ের ব্যবধানে, এমনকি আলোও একটি পৃথক পরমাণুর আকারের সমান দূরত্ব অতিক্রম করতে পারে না। অ্যাটোসেকেন্ড লেজার ব্যবহারের মাধ্যমে, বিজ্ঞানীরা পারমাণবিক কাঠামোর মধ্যে ইলেকট্রনের জটিল গতিবিদ্যা পরীক্ষা এবং পরিচালনা করার অভূতপূর্ব ক্ষমতা অর্জন করেন, যা একটি সিনেমাটিক ক্রমানুসারে ফ্রেম-বাই-ফ্রেম স্লো-মোশন রিপ্লেয়ের মতো, যার ফলে তাদের ইন্টারপ্লেতে গভীরভাবে প্রবেশ করে।

অ্যাটোসেকেন্ড লেজারবিজ্ঞানীদের ব্যাপক গবেষণা এবং সমন্বিত প্রচেষ্টার সমাপ্তি, যারা অরৈখিক অপটিক্সের নীতিগুলিকে অতি দ্রুত লেজার তৈরিতে কাজে লাগিয়েছেন। তাদের আবির্ভাব আমাদেরকে কঠিন পদার্থের পরমাণু, অণু এবং এমনকি ইলেকট্রনের মধ্যে চলমান গতিশীল প্রক্রিয়াগুলির পর্যবেক্ষণ এবং অন্বেষণের জন্য একটি উদ্ভাবনী সুবিধা প্রদান করেছে।

অ্যাটোসেকেন্ড লেজারের প্রকৃতি ব্যাখ্যা করার জন্য এবং প্রচলিত লেজারের তুলনায় তাদের অপ্রচলিত বৈশিষ্ট্যগুলি উপলব্ধি করার জন্য, বৃহত্তর "লেজার পরিবারের" মধ্যে তাদের শ্রেণীবিভাগ অন্বেষণ করা অপরিহার্য। তরঙ্গদৈর্ঘ্য অনুসারে শ্রেণীবিভাগ অ্যাটোসেকেন্ড লেজারগুলিকে মূলত অতিবেগুনী থেকে নরম এক্স-রে ফ্রিকোয়েন্সিগুলির মধ্যে রাখে, যা প্রচলিত লেজারের বিপরীতে তাদের উল্লেখযোগ্যভাবে ছোট তরঙ্গদৈর্ঘ্য নির্দেশ করে। আউটপুট মোডের ক্ষেত্রে, অ্যাটোসেকেন্ড লেজারগুলি স্পন্দিত লেজারের বিভাগের মধ্যে পড়ে, যা তাদের অত্যন্ত সংক্ষিপ্ত পালস সময়কাল দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। স্পষ্টতার জন্য একটি উপমা আঁকতে, কেউ অবিচ্ছিন্ন-তরঙ্গ লেজারগুলিকে আলোর একটি অবিচ্ছিন্ন রশ্মি নির্গত করে এমন একটি টর্চলাইটের মতো কল্পনা করতে পারে, যখন স্পন্দিত লেজারগুলি একটি স্ট্রোব আলোর মতো, আলোকসজ্জা এবং অন্ধকারের সময়কালের মধ্যে দ্রুত পর্যায়ক্রমে। মূলত, অ্যাটোসেকেন্ড লেজারগুলি আলোকসজ্জা এবং অন্ধকারের মধ্যে একটি স্পন্দিত আচরণ প্রদর্শন করে, তবুও দুটি অবস্থার মধ্যে তাদের রূপান্তর একটি আশ্চর্যজনক ফ্রিকোয়েন্সিতে ঘটে, অ্যাটোসেকেন্ডের রাজ্যে পৌঁছায়।

শক্তি অনুসারে আরও শ্রেণীবদ্ধকরণ লেজারগুলিকে নিম্ন-শক্তি, মাঝারি-শক্তি এবং উচ্চ-শক্তি বন্ধনীতে ভাগ করে। অ্যাটোসেকেন্ড লেজারগুলি তাদের অত্যন্ত স্বল্প পালস সময়কালের কারণে উচ্চ শিখর শক্তি অর্জন করে, যার ফলে একটি উচ্চারিত শীর্ষ শক্তি (P) হয় - যা প্রতি ইউনিট সময় শক্তির তীব্রতা (P=W/t) হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। যদিও পৃথক অ্যাটোসেকেন্ড লেজার পালসগুলি ব্যতিক্রমীভাবে বৃহৎ শক্তি (W) ধারণ নাও করতে পারে, তাদের সংক্ষিপ্ত টেম্পোরাল এক্সটেনশন (t) তাদের উচ্চ শিখর শক্তি প্রদান করে।

প্রয়োগের ক্ষেত্রে, লেজারগুলি শিল্প, চিকিৎসা এবং বৈজ্ঞানিক প্রয়োগগুলিকে অন্তর্ভুক্ত করে এমন একটি বর্ণালী বিস্তৃত করে। অ্যাটোসেকেন্ড লেজারগুলি মূলত বৈজ্ঞানিক গবেষণার ক্ষেত্রের মধ্যে তাদের স্থান খুঁজে পায়, বিশেষ করে পদার্থবিদ্যা এবং রসায়নের ক্ষেত্রে দ্রুত বিকশিত ঘটনাগুলির অন্বেষণে, যা মাইক্রোকসমিক বিশ্বের দ্রুত গতিশীল প্রক্রিয়াগুলির একটি জানালা প্রদান করে।

লেজার মাধ্যমের শ্রেণীবিভাগ লেজারগুলিকে গ্যাস লেজার, সলিড-স্টেট লেজার, লিকুইড লেজার এবং সেমিকন্ডাক্টর লেজার হিসাবে চিহ্নিত করে। অ্যাটোসেকেন্ড লেজারের উৎপাদন সাধারণত গ্যাস লেজার মিডিয়ার উপর নির্ভর করে, উচ্চ-ক্রমের সুরেলা তৈরি করতে অরৈখিক অপটিক্যাল প্রভাবকে পুঁজি করে।

সংক্ষেপে, অ্যাটোসেকেন্ড লেজারগুলি স্বল্প-পালস লেজারগুলির একটি অনন্য শ্রেণী গঠন করে, যা তাদের অসাধারণ সংক্ষিপ্ত পালস সময়কাল দ্বারা আলাদা, সাধারণত অ্যাটোসেকেন্ডে পরিমাপ করা হয়। ফলস্বরূপ, তারা পরমাণু, অণু এবং কঠিন পদার্থের মধ্যে ইলেকট্রনের অতি দ্রুত গতিশীল প্রক্রিয়াগুলি পর্যবেক্ষণ এবং নিয়ন্ত্রণের জন্য অপরিহার্য হাতিয়ার হয়ে উঠেছে।

অ্যাটোসেকেন্ড লেজার জেনারেশনের বিস্তৃত প্রক্রিয়া

অ্যাটোসেকেন্ড লেজার প্রযুক্তি বৈজ্ঞানিক উদ্ভাবনের অগ্রভাগে দাঁড়িয়ে আছে, এর প্রজন্মের জন্য এক আকর্ষণীয় এবং কঠোর শর্তের সেট রয়েছে। অ্যাটোসেকেন্ড লেজার প্রজন্মের জটিলতাগুলি ব্যাখ্যা করার জন্য, আমরা এর অন্তর্নিহিত নীতিগুলির একটি সংক্ষিপ্ত ব্যাখ্যা দিয়ে শুরু করি, তারপরে দৈনন্দিন অভিজ্ঞতা থেকে উদ্ভূত স্পষ্ট রূপকগুলি। প্রাসঙ্গিক পদার্থবিদ্যার জটিলতা সম্পর্কে অজ্ঞ পাঠকদের হতাশ হওয়ার দরকার নেই, কারণ পরবর্তী রূপকগুলি অ্যাটোসেকেন্ড লেজারের মৌলিক পদার্থবিদ্যাকে অ্যাক্সেসযোগ্য করে তোলার লক্ষ্যে কাজ করে।

অ্যাটোসেকেন্ড লেজারের উৎপাদন প্রক্রিয়া মূলত হাই হারমোনিক জেনারেশন (HHG) নামে পরিচিত কৌশলের উপর নির্ভর করে। প্রথমত, উচ্চ-তীব্রতার ফেমটোসেকেন্ড (১০^-১৫ সেকেন্ড) লেজার পালস একটি গ্যাসীয় লক্ষ্যবস্তুর উপর শক্তভাবে নিবদ্ধ থাকে। এটি লক্ষণীয় যে অ্যাটোসেকেন্ড লেজারের মতো ফেমটোসেকেন্ড লেজারগুলিতে, স্বল্প পালস সময়কাল এবং উচ্চ শিখর শক্তি থাকার বৈশিষ্ট্যগুলি ভাগ করে নেওয়া হয়। তীব্র লেজার ক্ষেত্রের প্রভাবে, গ্যাস পরমাণুর মধ্যে ইলেকট্রনগুলি ক্ষণিকের জন্য তাদের পারমাণবিক নিউক্লিয়াস থেকে মুক্ত হয়, ক্ষণস্থায়ীভাবে মুক্ত ইলেকট্রনের অবস্থায় প্রবেশ করে। লেজার ক্ষেত্রের প্রতিক্রিয়ায় এই ইলেকট্রনগুলি দোদুল্যমান হওয়ার সাথে সাথে, তারা অবশেষে তাদের মূল পারমাণবিক নিউক্লিয়াসে ফিরে আসে এবং পুনরায় মিলিত হয়, নতুন উচ্চ-শক্তি অবস্থা তৈরি করে।

এই প্রক্রিয়া চলাকালীন, ইলেকট্রনগুলি অত্যন্ত উচ্চ বেগে চলাচল করে এবং পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের সাথে পুনর্মিলনের পরে, তারা উচ্চ সুরেলা নির্গমনের আকারে অতিরিক্ত শক্তি নির্গত করে, যা উচ্চ-শক্তির ফোটন হিসাবে প্রকাশিত হয়।

এই নতুন উৎপন্ন উচ্চ-শক্তির ফোটনগুলির ফ্রিকোয়েন্সিগুলি মূল লেজার ফ্রিকোয়েন্সির পূর্ণসংখ্যা গুণিতক, যা উচ্চ-ক্রমের হারমোনিক্স নামে পরিচিত, যেখানে "হারমোনিক্স" হল সেই ফ্রিকোয়েন্সিগুলিকে বোঝায় যা মূল ফ্রিকোয়েন্সির অবিচ্ছেদ্য গুণিতক। অ্যাটোসেকেন্ড লেজারগুলি অর্জনের জন্য, এই উচ্চ-ক্রমের হারমোনিক্সগুলিকে ফিল্টার এবং ফোকাস করা প্রয়োজন, নির্দিষ্ট হারমোনিক্স নির্বাচন করে এবং সেগুলিকে একটি কেন্দ্রবিন্দুতে কেন্দ্রীভূত করা। যদি ইচ্ছা হয়, পালস কম্প্রেশন কৌশলগুলি পালস সময়কালকে আরও সংক্ষিপ্ত করতে পারে, অ্যাটোসেকেন্ড পরিসরে অতি-সংক্ষিপ্ত পালস তৈরি করতে পারে। স্পষ্টতই, অ্যাটোসেকেন্ড লেজার তৈরি একটি পরিশীলিত এবং বহুমুখী প্রক্রিয়া যার জন্য উচ্চ মাত্রার প্রযুক্তিগত দক্ষতা এবং বিশেষায়িত সরঞ্জামের প্রয়োজন হয়।

এই জটিল প্রক্রিয়াটিকে রহস্যমুক্ত করার জন্য, আমরা দৈনন্দিন পরিস্থিতিতে ভিত্তি করে একটি রূপক সমান্তরাল প্রস্তাব করছি:

উচ্চ-তীব্রতা ফেমটোসেকেন্ড লেজার পালস:

কল্পনা করুন যে তার কাছে একটি অসাধারণ শক্তিশালী ক্যাটাপল্ট আছে যা তাৎক্ষণিকভাবে প্রচণ্ড গতিতে পাথর ছুঁড়ে মারতে সক্ষম, যা উচ্চ-তীব্রতার ফেমটোসেকেন্ড লেজার পালসের ভূমিকার অনুরূপ।

বায়বীয় লক্ষ্য উপাদান:

একটি শান্ত জলাশয়ের কল্পনা করুন যা গ্যাসীয় লক্ষ্যবস্তুর প্রতীক, যেখানে প্রতিটি জলকণা অসংখ্য গ্যাস পরমাণুর প্রতিনিধিত্ব করে। এই জলাশয়ে পাথর নিক্ষেপের ক্রিয়াটি গ্যাসীয় লক্ষ্যবস্তুর উপর উচ্চ-তীব্রতার ফেমটোসেকেন্ড লেজার পালসের প্রভাবকে প্রতিফলিত করে।

ইলেকট্রন গতি এবং পুনর্মিলন (ভৌতভাবে রূপান্তর বলা হয়):

যখন ফেমটোসেকেন্ড লেজার পালস গ্যাসীয় লক্ষ্যবস্তুর মধ্যে গ্যাস পরমাণুগুলিকে আঘাত করে, তখন উল্লেখযোগ্য সংখ্যক বাইরের ইলেকট্রন মুহূর্তের জন্য এমন একটি অবস্থায় উত্তেজিত হয় যেখানে তারা তাদের নিজ নিজ পারমাণবিক নিউক্লিয়াস থেকে বিচ্ছিন্ন হয়ে প্লাজমার মতো অবস্থা তৈরি করে। সিস্টেমের শক্তি পরবর্তীকালে হ্রাস পাওয়ার সাথে সাথে (যেহেতু লেজার পালসগুলি সহজাতভাবে স্পন্দিত হয়, যার মধ্যে বিরতির ব্যবধান থাকে), এই বাইরের ইলেকট্রনগুলি পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের কাছাকাছি ফিরে আসে, উচ্চ-শক্তির ফোটন নির্গত করে।

উচ্চ হারমোনিক জেনারেশন:

কল্পনা করুন, প্রতিবার যখন একটি জলের ফোঁটা হ্রদের পৃষ্ঠে ফিরে আসে, তখন এটি তরঙ্গ তৈরি করে, অনেকটা অ্যাটোসেকেন্ড লেজারের উচ্চ হারমোনিক্সের মতো। এই তরঙ্গগুলির প্রাথমিক ফেমটোসেকেন্ড লেজার পালসের ফলে সৃষ্ট মূল তরঙ্গের তুলনায় উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি এবং প্রশস্ততা থাকে। HHG প্রক্রিয়া চলাকালীন, একটি শক্তিশালী লেজার রশ্মি, যা ক্রমাগত পাথর ছুঁড়ে ফেলার মতো, হ্রদের পৃষ্ঠের মতো একটি গ্যাস লক্ষ্যকে আলোকিত করে। এই তীব্র লেজার ক্ষেত্রটি তরঙ্গের অনুরূপ গ্যাসের ইলেকট্রনগুলিকে তাদের মূল পরমাণু থেকে দূরে চালিত করে এবং তারপর তাদের পিছনে টেনে নেয়। প্রতিবার যখন একটি ইলেকট্রন পরমাণুতে ফিরে আসে, তখন এটি আরও জটিল তরঙ্গের ধরণগুলির মতো উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি সহ একটি নতুন লেজার রশ্মি নির্গত করে।

ফিল্টারিং এবং ফোকাসিং:

এই সমস্ত নতুন উৎপন্ন লেজার রশ্মি একত্রিত করলে বিভিন্ন রঙের (ফ্রিকোয়েন্সি বা তরঙ্গদৈর্ঘ্য) একটি বর্ণালী পাওয়া যায়, যার মধ্যে কিছু অ্যাটোসেকেন্ড লেজার গঠন করে। নির্দিষ্ট তরঙ্গের আকার এবং ফ্রিকোয়েন্সি আলাদা করার জন্য, আপনি একটি বিশেষ ফিল্টার ব্যবহার করতে পারেন, যা পছন্দসই তরঙ্গ নির্বাচনের মতো, এবং একটি নির্দিষ্ট এলাকায় ফোকাস করার জন্য একটি ম্যাগনিফাইং গ্লাস ব্যবহার করতে পারেন।

পালস কম্প্রেশন (প্রয়োজনে):

যদি আপনি তরঙ্গগুলিকে দ্রুত এবং সংক্ষিপ্তভাবে ছড়িয়ে দেওয়ার লক্ষ্য রাখেন, তাহলে আপনি একটি বিশেষায়িত যন্ত্র ব্যবহার করে তাদের বিস্তার ত্বরান্বিত করতে পারেন, যার ফলে প্রতিটি তরঙ্গের স্থায়িত্ব কমবে। অ্যাটোসেকেন্ড লেজার তৈরিতে প্রক্রিয়াগুলির একটি জটিল আন্তঃক্রিয়া জড়িত। তবে, যখন ভেঙে এবং দৃশ্যমান করা হয়, তখন এটি আরও বোধগম্য হয়ে ওঠে।