भौतिकी में नोबेल पुरस्कार 2025: सूक्ष्म से स्थूल तक क्वांटम यांत्रिकी

क्वांटम यांत्रिकी की खोज के ठीक 100 वर्ष बाद, 2025 के भौतिकी के नोबेल पुरस्कार से तीन अमेरिकी वैज्ञानिकों को सम्मानित किया जाएगा, जिन्होंने यह दर्शाया कि विचित्र क्वांटम प्रभाव बड़े पैमाने पर घटित हो सकते हैं, जिससे क्वांटम प्रौद्योगिकी के लिए एक नए युग का सूत्रपात होगा।

7 अक्टूबर को स्टॉकहोम, स्वीडन में एक प्रेस कॉन्फ्रेंस में रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज द्वारा वैज्ञानिक जॉन क्लार्क, मिशेल एच. डेवोरेट और जॉन एम. मार्टिनिस को इस वर्ष के भौतिकी के नोबेल पुरस्कार के विजेताओं के रूप में घोषित किया गया। - फोटो: रॉयटर्स

1925 में, भौतिकशास्त्रियों हाइजेनबर्ग, श्रोडिंगर और डिराक ने क्वांटम यांत्रिकी की खोज की - एक अजीब खोज जिसने दुनिया को बदल दिया।

ठीक 100 वर्ष बाद, 2025 का भौतिकी का नोबेल पुरस्कार तीन अमेरिकी भौतिकविदों को दिया गया, जिन्होंने क्वांटम टनलिंग प्रभाव - एक विचित्र सूक्ष्म क्वांटम प्रभाव - को स्थूल जगत में लाया, तथा इसके कई अभूतपूर्व अनुप्रयोगों के द्वार खोले।

सदियों पुरानी क्वांटम यांत्रिकी जिस तरह से नए आश्चर्य लेकर आती रहती है, उसका जश्न मनाना बहुत अच्छा है। यह बेहद उपयोगी भी है, क्योंकि क्वांटम यांत्रिकी सभी डिजिटल तकनीक का आधार है।

ओले एरिक्सन (भौतिकी के लिए नोबेल समिति के अध्यक्ष, बोलते हुए)

सुरंग प्रभाव की अभूतपूर्व खोज

नोबेल समिति की घोषणा के अनुसार, तीन अमेरिकी भौतिकविदों, जॉन क्लार्क, मिशेल एच. डेवोरेट और जॉन एम. मार्टिनिस को "विद्युत परिपथों में मैक्रोस्कोपिक क्वांटम टनलिंग प्रभाव और ऊर्जा क्वांटीकरण की खोज" के लिए 2025 का भौतिकी का नोबेल पुरस्कार दिया जाएगा।

इस वर्ष का पुरस्कार 1984 और 1985 में सुपरकंडक्टिंग सर्किट पर किए गए प्रयोगों की एक श्रृंखला को सम्मानित करता है, जिसमें यह दर्शाया गया है कि "सुरंग निर्माण" - कणों के अवरोधों से गुजरने की घटना जो केवल क्वांटम यांत्रिकी में ही हो सकती है - पहले की तुलना में बहुत बड़े पैमाने पर हो सकती है।

प्रोफेसर जॉन क्लार्क, जिन्होंने 1968 में कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय से पीएचडी की उपाधि प्राप्त की थी, 1969 से कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले में भौतिकी के प्रोफेसर रहे हैं। वर्तमान में वे विश्वविद्यालय के ग्रेजुएट स्कूल में प्रोफेसर एमेरिटस हैं।

पेरिस में जन्मे और वहीं डॉक्टरेट की उपाधि प्राप्त करने वाले माइकल एच. डेवोरेट, येल विश्वविद्यालय के येल क्वांटम इंस्टीट्यूट में अनुप्रयुक्त भौतिकी के प्रोफेसर एमेरिटस हैं।

जॉन एम. मार्टिनिस ने कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले से पीएचडी की उपाधि प्राप्त की है। विश्वविद्यालय में अध्यापन के बाद, उन्होंने हाल ही में गूगल के क्वांटम एआई समूह के साथ काम किया है।

1980 के दशक के मध्य में, श्री डेवोरेट, अपने डॉक्टरेट छात्र मार्टिनिस के साथ, श्री क्लार्क के शोध समूह में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता के रूप में शामिल हुए। साथ मिलकर, उन्होंने क्वांटम टनलिंग प्रभाव को स्थूल स्तर पर प्रदर्शित करने की चुनौती स्वीकार की।

अपने प्रयोगों में, तीनों वैज्ञानिकों ने अतिचालकों से ऐसे परिपथ बनाए जो बिना किसी प्रतिरोध के विद्युत धारा का संचालन कर सकते थे। परिपथ के गुणों में बदलाव और मापन करके, वे होने वाली घटनाओं को नियंत्रित कर सकते थे। अतिचालक से होकर गुजरने वाले आवेशित कणों ने एक ऐसा तंत्र बनाया जो इस प्रकार व्यवहार करता था मानो वे पूरे परिपथ को भरने वाला एक ही कण हों।

कणों की यह प्रणाली प्रारंभ में ऐसी स्थिति में होती है, जहां धारा बिना वोल्टेज के प्रवाहित होती है, मानो किसी अगम्य अवरोध द्वारा अवरुद्ध हो।

प्रयोग में, इस प्रणाली ने क्वांटम टनलिंग प्रभाव के माध्यम से इस अवस्था से बचकर क्वांटम गुणों का प्रदर्शन किया। तीनों वैज्ञानिकों ने यह भी प्रदर्शित किया कि यह प्रणाली क्वांटाइज्ड थी, अर्थात यह केवल विशिष्ट मात्रा में ऊर्जा अवशोषित या उत्सर्जित करती थी।

क्वांटम मैकेनिकल टनलिंग प्रभाव का उदाहरण: दीवार पर एक गेंद फेंकें, तो वह वापस उछलती है। लेकिन एक सूक्ष्म कण फेंकें, तो वह दीवार को भेदकर निकल जाता है। कणों के एक बड़े समूह के लिए यह प्रभाव आमतौर पर कम हो जाता है, यही कारण है कि हम रोज़मर्रा की ज़िंदगी में कभी किसी को दीवार से गुजरते हुए नहीं देखते। - फोटो: जोहान जार्नेस्टैड/स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज

क्वांटम प्रौद्योगिकी का मार्ग प्रशस्त करना

क्वांटम यांत्रिकी को समझने के लिए इस प्रयोग के महत्वपूर्ण परिणाम हैं। इससे पहले, मैक्रोस्कोपिक क्वांटम यांत्रिकी प्रभावों में कई सूक्ष्म कणों के संयोजन से लेज़र, सुपरकंडक्टर और सुपरफ्लुइड जैसी घटनाएँ उत्पन्न होती थीं। हालाँकि, इस वर्ष के तीन नोबेल पुरस्कार विजेता भौतिकविदों के प्रयोगों ने एक प्रत्यक्ष मैक्रोस्कोपिक प्रभाव उत्पन्न किया।

इस प्रकार की स्थूल क्वांटम अवस्था सूक्ष्म जगत को नियंत्रित करने वाली परिघटनाओं का दोहन करने वाले प्रयोगों के लिए नई संभावनाओं का द्वार खोलती है। इसे बड़े पैमाने पर एक प्रकार के कृत्रिम परमाणु के रूप में देखा जा सकता है, जिसका उपयोग अन्य क्वांटम प्रणालियों के अनुकरण और अध्ययन में सहायता के लिए किया जाता है।

एक महत्वपूर्ण अनुप्रयोग क्वांटम कंप्यूटर था जिसे मार्टिनिस ने बाद में लागू किया। उन्होंने ठीक उसी ऊर्जा क्वांटीकरण का उपयोग किया जिसका उन्होंने और उनके दो सह-नोबेल पुरस्कार विजेताओं ने प्रदर्शन किया था, जिसमें क्वांटम बिट्स या क्यूबिट्स के रूप में क्वांटाइज्ड अवस्थाओं वाले सर्किट का उपयोग किया गया था, जिनमें सबसे कम ऊर्जा अवस्था 0 और सबसे अधिक 1 थी।

क्वांटम कंप्यूटर बनाने के प्रयासों में सुपरकंडक्टिंग सर्किट उन तकनीकों में से एक है जिन पर शोध किया जा रहा है। मार्टिनिस 2014 से 2020 तक गूगल के क्वांटम कंप्यूटिंग अनुसंधान समूह के प्रमुख थे।

श्री क्लार्क ने कहा कि उनके शोध ने तकनीकी प्रगति का मार्ग प्रशस्त किया है, जैसे कि मोबाइल फ़ोन का जन्म। नोबेल समिति ने यह भी पुष्टि की: "आज ऐसी कोई उन्नत तकनीक नहीं है जो क्वांटम यांत्रिकी पर आधारित न हो, जिसमें मोबाइल फ़ोन, कैमरे... और फ़ाइबर ऑप्टिक केबल शामिल हैं।"

जब भौतिकी और रसायन विज्ञान क्वांटम "सुरंग" में मिलते हैं

2025 का भौतिकी का नोबेल पुरस्कार 40 साल पहले क्वांटम यांत्रिकी में उनकी खोजों के लिए तीन वैज्ञानिकों को दिया गया था। यह परिणाम बहुत आश्चर्यजनक नहीं है, क्योंकि यूनेस्को ने 2025 को क्वांटम विज्ञान और प्रौद्योगिकी के अंतर्राष्ट्रीय वर्ष के रूप में चुना है।

नोबेल समिति ने कहा: "क्वांटम यांत्रिकी सभी डिजिटल प्रौद्योगिकी का आधार है... उनके प्रयोगों ने क्वांटम सिद्धांतों पर आधारित नई तकनीकी प्रगति की नींव रखी"।

इन तीनों भौतिकविदों ने सुरंग प्रभाव की खोज की और विद्युत परिपथों में ऊर्जा के उतार-चढ़ाव का निर्धारण किया। सुरंग प्रभाव जल्द ही कई रासायनिक अभिक्रियाओं की व्याख्या में एक केंद्रीय अवधारणा बन गया।

इसकी कल्पना आसानी से हाई वैन दर्रे से गुजरते समय की जा सकती है: अभिकारकों को अक्सर बहुत अधिक ऊर्जा के साथ "दर्रे पर चढ़ना" पड़ता है, लेकिन कभी-कभी वे "सुरंग से गुजरते हैं", प्रतिक्रिया उत्पन्न करने के लिए ऊर्जा अवरोध को तेजी से पार कर लेते हैं।

सुरंग निर्माण को विश्वविद्यालय स्तर पर रासायनिक गतिकी की पाठ्यपुस्तकों में पढ़ाया जाता है, और अभिक्रिया दर स्थिरांकों की गणना करते समय क्वांटम विधियों का उपयोग करके इसका मॉडल तैयार किया जाता है। भौतिकी और रसायन विज्ञान, एक बार फिर, अद्भुत रूप से मिश्रित हैं।

प्रो. गुयेन मिन्ह थो - केयू ल्यूवेन विश्वविद्यालय, बेल्जियम में मानद प्रोफेसर

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डॉ. गुयेन ट्रुंग दान

स्रोत: https://tuoitre.vn/nobel-vat-ly-2025-co-hoc-luong-tu-tu-vi-mo-den-vi-mo-20251007222830181.htm