अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन अब एक और भी अधिक सक्षम क्वांटम प्रयोगशाला का घर है, जहां नासा परमाणुओं को लगभग पूर्ण शून्य तापमान तक ठंडा करके पदार्थ की सबसे विचित्र अवस्थाओं में से एक का अध्ययन करता है।
अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर मौजूद अंतरिक्ष यात्रियों ने नासा की नवविकसित कोल्ड एटम लैब को सक्रिय कर दिया है। यह एक अनूठी अनुसंधान सुविधा है जो वैज्ञानिकों को पदार्थ की मूलभूत प्रकृति का अध्ययन करने और क्वांटम प्रौद्योगिकियों की अगली पीढ़ी को आगे बढ़ाने में मदद करती है। स्टेशन के सूक्ष्म गुरुत्वाकर्षण वातावरण का लाभ उठाते हुए, यह प्रयोगशाला ऐसे प्रयोग कर सकती है जो पृथ्वी पर संभव नहीं हैं।
क्वांटम विज्ञान प्रकृति के सबसे छोटे मूलभूत तत्वों पर केंद्रित है, जिनमें परमाणु, इलेक्ट्रॉन और प्रकाश के कण शामिल हैं। हालांकि परमाणुओं को अक्सर छोटे ठोस गोलों के रूप में देखा जाता है, लेकिन वे तरंगों की तरह भी व्यवहार कर सकते हैं, एक ही समय में कई स्थानों पर मौजूद हो सकते हैं और सही परिस्थितियों में एक दूसरे से गुजर भी सकते हैं।
एक मिनीफ्रिज के आकार का और पृथ्वी से दूरस्थ रूप से नियंत्रित कोल्ड एटम लैब परमाणुओं को -459 डिग्री फ़ारेनहाइट (-237 डिग्री सेल्सियस ) से भी कम तापमान तक ठंडा करता है। परम शून्य से ठीक ऊपर के तापमान पर, परमाणु मिलकर बोस-आइंस्टीन संघनन (बीईसी) बनाते हैं, जो पदार्थ की एक असामान्य अवस्था है जिसे कभी-कभी ठोस, तरल, गैस और प्लाज्मा के बाद पाँचवीं अवस्था कहा जाता है । यद्यपि बीईसी व्यक्तिगत कणों से बहुत बड़ा होता है, फिर भी यह क्वांटम यांत्रिकी के विचित्र नियमों का पालन करता है। पृथ्वी की निचली कक्षा का सूक्ष्म गुरुत्वाकर्षण इन पदार्थ तरंगों को पृथ्वी की तुलना में अधिक बड़ा होने की अनुमति देता है।
दक्षिणी कैलिफोर्निया में नासा की जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी में कोल्ड एटम लैब के प्रोजेक्ट साइंटिस्ट जेसन विलियम्स ने कहा, "सबसे कम तापमान पर, पदार्थ का व्यवहार हमारे अब तक के अनुभव से बिल्कुल अलग होता है। पदार्थ की तरंग जैसी प्रकृति हावी हो जाती है, और अति-शीत पदार्थ ऐसे तरीकों से व्यवहार कर सकता है जो न केवल अप्रत्याशित हैं, बल्कि समय, गुरुत्वाकर्षण और गति के अत्यंत सटीक मापन को भी संभव बनाते हैं। इस नवीनतम अपग्रेड के साथ, प्रयोगशाला में कई उपकरण उपलब्ध हैं जो हमें ब्रह्मांड की प्रकृति का अध्ययन करने में मदद करेंगे।"
यह सुविधा वर्तमान में मौलिक भौतिकी पर शोध कर रही पांच अंतरराष्ट्रीय अनुसंधान टीमों का समर्थन करती है। यह क्वांटम प्रौद्योगिकियों के परीक्षण स्थल के रूप में भी कार्य करती है, जिनका उपयोग भविष्य में पृथ्वी विज्ञान मिशनों और अंतरिक्ष अन्वेषण के लिए किया जा सकता है।
नासा की कोल्ड एटम लैब कैसे काम करती है
कोल्ड एटम लैब का मुख्य हिस्सा इसका विज्ञान मॉड्यूल है, जो अत्याधुनिक उपकरणों का एक संग्रह है। इस मॉड्यूल का एक नया उन्नत संस्करण 11 अप्रैल को कमर्शियल रीसप्लाई सर्विसेज मिशन के तहत अंतरिक्ष स्टेशन पर पहुंचा, जिससे वैज्ञानिकों द्वारा किए जा सकने वाले प्रयोगों की श्रृंखला का विस्तार हुआ है।
प्रत्येक प्रयोग की शुरुआत रुबिडियम या पोटेशियम धातु की एक पट्टी को 750°F (400°C) तक के उच्च तापमान पर गर्म करके की जाती है, जिससे एक निर्वात कक्ष के अंदर गैस उत्पन्न होती है। फिर वैज्ञानिक विशिष्ट आवृत्तियों पर ट्यून किए गए लेज़रों को गैस पर दागते हैं। लेज़र परमाणुओं की गति को धीमा करके उनसे ऊर्जा निकालते हैं, जिससे उनका तापमान काफी कम हो जाता है। लेज़र द्वारा शीतलन पूरा होने के बाद, एक चुंबकीय जाल परमाणुओं को पकड़ लेता है। अतिरिक्त शीतलन तकनीकों द्वारा उनकी ऊर्जा को और भी कम किया जाता है जब तक कि परमाणुओं का बादल लगभग स्थिर न हो जाए, जिससे शोधकर्ताओं को सूक्ष्म गुरुत्वाकर्षण में इसके अध्ययन के लिए अधिकतम समय मिल सके।
पृथ्वी पर स्थित प्रयोगशालाएँ भी अतिशीत गैसें उत्पन्न कर सकती हैं, लेकिन अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन के कई प्रमुख लाभ हैं। कक्षा में रहते हुए, वैज्ञानिक क्वांटम गैसों का लंबे समय तक और उससे भी कम तापमान पर अवलोकन कर सकते हैं। कम गुरुत्वाकर्षण वाला वातावरण बड़ी पदार्थ तरंगों को बनने और लंबे समय तक गुरुत्वाकर्षण के साथ परस्पर क्रिया करने की अनुमति देता है। इन प्रयोगों को संभव बनाने के लिए, नासा ने परमाणु भौतिकी की एक प्रयोगशाला को, जो सामान्यतः लेजर, दर्पण और उपकरणों से भरे एक पूरे कमरे को भर देती है, अंतरिक्ष स्टेशन पर एक ही रैक में संकुचित कर दिया है।
“कक्षा में बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट बनाने वाली पहली परियोजना के रूप में, हम यह प्रदर्शित कर रहे हैं कि हम अंतरिक्ष में क्वांटम प्रौद्योगिकी को विश्वसनीय रूप से काम में ला सकते हैं,” जेपीएल में कोल्ड एटम लैब के उप परियोजना वैज्ञानिक एथन इलियट ने कहा । “पिछली सदी में, एक क्वांटम क्रांति हुई जिसने लेजर, सेलफोन और चिकित्सा इमेजिंग के लिए एमआरआई को जन्म दिया। हम क्वांटम 2.0 - बड़े क्वांटम स्टेट्स का प्रत्यक्ष हेरफेर - कर रहे हैं और हमें उम्मीद है कि कक्षा में इस विज्ञान को आगे बढ़ाकर क्वांटम तकनीक में इसी तरह की प्रगति होगी।”
नए अपग्रेड से क्वांटम अनुसंधान का विस्तार हुआ है
यह नवीनतम सुधार 2018 में अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर कोल्ड एटम लैब की स्थापना के बाद से चौथा उन्नयन है। सबसे महत्वपूर्ण परिवर्तनों में से एक नया डिज़ाइन किया गया चुंबकीय जाल है जो वैज्ञानिकों को क्वांटम गैस बादलों के आकार को बदलने की अनुमति देता है, जिससे परमाणुओं के नए गुणों का अध्ययन करना संभव हो जाता है। इंजीनियरों ने नए डिज़ाइन की गई धातु की पट्टियाँ भी पेश की हैं जो उन गैस बादलों को बनाने के लिए बेहतर स्रोत प्रदान करती हैं।
जेपीएल में कोल्ड एटम लैब के प्रोजेक्ट मैनेजर कमल औद्रहिरी ने उन कम तापमानों का जिक्र करते हुए कहा, "यह क्वांटम जगत की सीमा को नियंत्रित करने का हमारे पास सबसे करीबी तरीका है। यह नया अपग्रेड उस सीमा को और भी आगे बढ़ाता है।"
औद्रहिरी ने कहा कि ये सुधार "अंतरिक्ष-आधारित क्वांटम प्रौद्योगिकियों में अमेरिकी नेतृत्व को बनाए रखने के साथ-साथ भविष्य के क्वांटम उपकरणों को परिपक्व करने की नासा की क्षमता को भी प्रदर्शित करते हैं, जैसे कि मौलिक भौतिकी मिशनों, स्थिति निर्धारण, नेविगेशन, समय निर्धारण और पृथ्वी, चंद्रमा और उससे आगे के गुरुत्वाकर्षण संवेदन के लिए मैटर-वेव इंटरफेरोमीटर।"
अंतरिक्ष में विज्ञान को आगे बढ़ाना
कोल्ड एटम लैब का प्रबंधन पासाडेना स्थित कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (कैलिफोर्निया टेक्निकल टेक्नोलॉजी) द्वारा किया जाता है, जबकि नासा की जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी ने इस सुविधा को डिजाइन, निर्माण और संचालित किया है। यह परियोजना वाशिंगटन स्थित नासा के विज्ञान मिशन निदेशालय के जैविक और भौतिक विज्ञान विभाग द्वारा प्रायोजित है। यह विभाग अंतरिक्ष की अनूठी परिस्थितियों का उपयोग करके ऐसे वैज्ञानिक अनुसंधान करता है जो पृथ्वी पर संभव नहीं हैं। इन चरम वातावरणों में जैविक और भौतिक प्रक्रियाओं का अध्ययन करके, शोधकर्ता भविष्य के गहरे अंतरिक्ष अन्वेषणों के लिए आवश्यक ज्ञान प्राप्त करते हैं, साथ ही ऐसी खोजें और प्रौद्योगिकियां विकसित करते हैं जिनसे पृथ्वी पर जीवन को लाभ मिल सकता है।
