আমরা কি কখনও পদার্থের সমস্ত অবস্থা জানতে পারব? তিনের বদলে পাঁচশো

গত বছর, মিডিয়া তথ্য ছড়িয়ে দিয়েছে যে "এক ধরনের পদার্থের উদ্ভব হয়েছে," যাকে বলা যেতে পারে সুপারহার্ড বা, উদাহরণস্বরূপ, আরও সুবিধাজনক, যদিও কম পোলিশ, সুপারহার্ড। ম্যাসাচুসেটস ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজির বিজ্ঞানীদের গবেষণাগার থেকে আসা, এটি এক ধরণের দ্বন্দ্ব যা কঠিন এবং সুপারফ্লুইডের বৈশিষ্ট্যগুলিকে একত্রিত করে - যেমন শূন্য সান্দ্রতা সঙ্গে তরল.

পদার্থবিদরা পূর্বে একটি সুপারনাট্যান্টের অস্তিত্বের ভবিষ্যদ্বাণী করেছিলেন, কিন্তু এখনও পর্যন্ত গবেষণাগারে অনুরূপ কিছুই পাওয়া যায়নি। ম্যাসাচুসেটস ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজির বিজ্ঞানীদের গবেষণার ফলাফল নেচার জার্নালে প্রকাশিত হয়েছে।

"অতিতরলতা এবং কঠিন বৈশিষ্ট্যগুলিকে একত্রিত করে এমন একটি পদার্থ সাধারণ জ্ঞানকে অস্বীকার করে," এমআইটির পদার্থবিজ্ঞানের অধ্যাপক এবং 2001 সালের নোবেল পুরস্কার বিজয়ী দলের নেতা উলফগ্যাং কেটারলে গবেষণাপত্রে লিখেছেন৷

পদার্থের এই পরস্পরবিরোধী রূপকে বোঝার জন্য, কেটারলের দল বোস-আইনস্টাইন কনডেনসেট (BEC) নামক পদার্থের আরেকটি অদ্ভুত আকারে একটি সুপারসলিড অবস্থায় পরমাণুর গতিকে চালিত করে। কেটারলে হলেন BEC এর আবিষ্কারকদের একজন, যা তাকে পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার জিতেছে।

"চ্যালেঞ্জটি ছিল কনডেনসেটে এমন কিছু যোগ করা যা এটিকে 'পারমাণবিক ফাঁদ'-এর বাইরে একটি আকারে বিকশিত করবে এবং একটি কঠিন বৈশিষ্ট্য অর্জন করবে," কেটারলে ব্যাখ্যা করেছিলেন।

গবেষণা দল কনডেনসেটে পরমাণুর গতিবিধি নিয়ন্ত্রণ করতে একটি অতি-উচ্চ ভ্যাকুয়াম চেম্বারে লেজার বিম ব্যবহার করেছিল। লেজারের মূল সেটটি BEC পরমাণুর অর্ধেককে একটি ভিন্ন স্পিন বা কোয়ান্টাম পর্যায়ে রূপান্তর করতে ব্যবহৃত হয়েছিল। এইভাবে, দুই ধরনের BEC তৈরি করা হয়েছিল। অতিরিক্ত লেজার রশ্মির সাহায্যে দুটি কনডেনসেটের মধ্যে পরমাণুর স্থানান্তর ঘূর্ণনের পরিবর্তন ঘটায়।

"অতিরিক্ত লেজারগুলি স্পিন-অরবিট কাপলিংয়ের জন্য অতিরিক্ত শক্তি বৃদ্ধির সাথে পরমাণুগুলি সরবরাহ করেছিল," কেটারলে বলেছিলেন। পদার্থবিদদের ভবিষ্যদ্বাণী অনুসারে ফলস্বরূপ পদার্থটি "সুপারহার্ড" হওয়া উচিত ছিল, যেহেতু স্পিন কক্ষপথে সংযোজিত পরমাণুর সাথে ঘনীভূত হওয়া স্বতঃস্ফূর্ত "ঘনত্ব মড্যুলেশন" দ্বারা চিহ্নিত করা হবে। অন্য কথায়, পদার্থের ঘনত্ব স্থির হয়ে যাবে। পরিবর্তে, এটি একটি স্ফটিক কঠিন অনুরূপ একটি ফেজ প্যাটার্ন থাকবে।

সুপারহার্ড পদার্থের আরও গবেষণা সুপারফ্লুইড এবং সুপারকন্ডাক্টরগুলির বৈশিষ্ট্যগুলির আরও ভাল বোঝার দিকে পরিচালিত করতে পারে, যা দক্ষ শক্তি স্থানান্তরের জন্য গুরুত্বপূর্ণ হবে। সুপারহার্ডগুলি আরও ভাল সুপারকন্ডাক্টিং ম্যাগনেট এবং সেন্সর বিকাশের মূল চাবিকাঠি হতে পারে।

সমষ্টির অবস্থা নয়, কিন্তু পর্যায়ক্রমে

সুপারহার্ড অবস্থা কি একটি পদার্থ? আধুনিক পদার্থবিজ্ঞান যে উত্তর দিয়েছে তা এত সহজ নয়। আমরা স্কুল থেকে মনে করি যে পদার্থের ভৌত অবস্থা হল প্রধান রূপ যেখানে পদার্থটি অবস্থিত এবং এর মৌলিক শারীরিক বৈশিষ্ট্যগুলি নির্ধারণ করে। একটি পদার্থের বৈশিষ্ট্যগুলি তার উপাদান অণুর বিন্যাস এবং আচরণ দ্বারা নির্ধারিত হয়। XNUMX শতকের পদার্থের অবস্থার ঐতিহ্যগত বিভাজন তিনটি এই জাতীয় অবস্থাকে আলাদা করে: কঠিন (কঠিন), তরল (তরল) এবং বায়বীয় (গ্যাস)।

যাইহোক, বর্তমানে, পদার্থের পর্যায়টি পদার্থের অস্তিত্বের ফর্মগুলির আরও সঠিক সংজ্ঞা বলে মনে হয়। পৃথক রাজ্যে দেহের বৈশিষ্ট্যগুলি অণুগুলির (বা পরমাণু) বিন্যাসের উপর নির্ভর করে যার মধ্যে এই দেহগুলি গঠিত। এই দৃষ্টিকোণ থেকে, সমষ্টিগত অবস্থার মধ্যে পুরানো বিভাজন শুধুমাত্র কিছু পদার্থের জন্যই সত্য, যেহেতু বৈজ্ঞানিক গবেষণায় দেখা গেছে যে পূর্বে যাকে একত্রীকরণের একক অবস্থা হিসাবে বিবেচনা করা হত তা আসলে পদার্থের বিভিন্ন পর্যায়ে বিভক্ত করা যেতে পারে যা প্রকৃতিতে ভিন্ন। কণা কনফিগারেশন। এমনও পরিস্থিতি রয়েছে যখন একই শরীরের অণু একই সময়ে ভিন্নভাবে সাজানো যেতে পারে।

তদুপরি, এটি প্রমাণিত হয়েছে যে কঠিন এবং তরল অবস্থাগুলি বিভিন্ন উপায়ে উপলব্ধি করা যেতে পারে। সিস্টেমে পদার্থের পর্যায়গুলির সংখ্যা এবং নিবিড় ভেরিয়েবলের সংখ্যা (উদাহরণস্বরূপ, চাপ, তাপমাত্রা) যা সিস্টেমে গুণগত পরিবর্তন ছাড়াই পরিবর্তন করা যেতে পারে গিবস ফেজ নীতি দ্বারা বর্ণনা করা হয়েছে।

একটি পদার্থের পর্যায়ের পরিবর্তনের জন্য শক্তির সরবরাহ বা প্রাপ্তির প্রয়োজন হতে পারে - তারপরে প্রবাহিত শক্তির পরিমাণ পদার্থের ভরের সমানুপাতিক হবে যা পর্যায় পরিবর্তন করে। যাইহোক, কিছু ফেজ ট্রানজিশন শক্তি ইনপুট বা আউটপুট ছাড়াই ঘটে। আমরা এই শরীরের বর্ণনা করে এমন কিছু পরিমাণে একটি ধাপ পরিবর্তনের ভিত্তিতে ফেজ পরিবর্তন সম্পর্কে একটি উপসংহার আঁকি।

আজ অবধি প্রকাশিত সর্বাধিক বিস্তৃত শ্রেণীবিভাগে, প্রায় পাঁচশটি মোট রাজ্য রয়েছে। অনেক পদার্থ, বিশেষ করে যেগুলি বিভিন্ন রাসায়নিক যৌগের মিশ্রণ, একই সাথে দুই বা ততোধিক পর্যায়ে বিদ্যমান থাকতে পারে।

আধুনিক পদার্থবিজ্ঞান সাধারণত দুটি পর্যায় গ্রহণ করে - তরল এবং কঠিন, গ্যাস ফেজটি তরল পর্যায়ের অন্যতম ক্ষেত্রে। পরেরটির মধ্যে রয়েছে বিভিন্ন ধরনের প্লাজমা, ইতিমধ্যেই উল্লিখিত সুপারকারেন্ট ফেজ এবং পদার্থের বেশ কিছু অন্যান্য অবস্থা। কঠিন পর্যায়গুলি বিভিন্ন স্ফটিক ফর্ম, সেইসাথে একটি নিরাকার ফর্ম দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করা হয়।

টপোলজিক্যাল জাউইয়া

সাম্প্রতিক বছরগুলিতে নতুন "সমষ্টিগত অবস্থা" বা উপকরণের কঠিন-টু-সংজ্ঞায়িত পর্যায়গুলির প্রতিবেদনগুলি বৈজ্ঞানিক সংবাদের একটি ধ্রুবক ভাণ্ডার হয়েছে৷ একই সময়ে, বিভাগগুলির একটিতে নতুন আবিষ্কার বরাদ্দ করা সবসময় সহজ নয়। আগে বর্ণিত সুপারসলিড পদার্থটি সম্ভবত একটি কঠিন পর্যায়, তবে সম্ভবত পদার্থবিদদের ভিন্ন মতামত রয়েছে। কয়েক বছর আগে বিশ্ববিদ্যালয়ের একটি গবেষণাগারে ড

কলোরাডোতে, উদাহরণস্বরূপ, গ্যালিয়াম আর্সেনাইডের কণা থেকে একটি ফোঁটা তৈরি করা হয়েছিল - কিছু তরল, কিছু কঠিন। 2015 সালে, জাপানের তোহোকু ইউনিভার্সিটির রসায়নবিদ কসমাস প্রসিডেসের নেতৃত্বে বিজ্ঞানীদের একটি আন্তর্জাতিক দল বস্তুর একটি নতুন অবস্থা আবিষ্কারের ঘোষণা করেছিল যা একটি অন্তরক, সুপারকন্ডাক্টর, ধাতু এবং চুম্বকের বৈশিষ্ট্যকে একত্রিত করে, একে জাহন-টেলার ধাতু বলে।

এছাড়াও অ্যাটিপিকাল "হাইব্রিড" সমষ্টিগত অবস্থা রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, কাচের একটি স্ফটিক গঠন নেই এবং তাই কখনও কখনও একটি "সুপারকুলড" তরল হিসাবে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়। আরও - কিছু প্রদর্শনে ব্যবহৃত তরল স্ফটিক; পুটি - সিলিকন পলিমার, প্লাস্টিক, ইলাস্টিক বা এমনকি ভঙ্গুর, বিকৃতির হারের উপর নির্ভর করে; সুপার-স্টিকি, স্ব-প্রবাহিত তরল (একবার শুরু হলে, উপরের গ্লাসে তরল সরবরাহ শেষ না হওয়া পর্যন্ত ওভারফ্লো চলতে থাকবে); নিটিনল, একটি নিকেল-টাইটানিয়াম আকৃতির মেমরি অ্যালয়, যখন বাঁকানো হয় তখন উষ্ণ বাতাসে বা তরলে সোজা হয়ে যায়।

শ্রেণীবিভাগ আরও জটিল হয়ে ওঠে। আধুনিক প্রযুক্তি পদার্থের অবস্থার মধ্যে সীমানা মুছে দেয়। নতুন নতুন আবিষ্কার হচ্ছে। 2016 সালের নোবেল পুরস্কার বিজয়ীরা - ডেভিড জে. থুলেস, এফ. ডানকান, এম. হ্যালডেন এবং জে. মাইকেল কোস্টারলিটজ - দুটি জগতকে সংযুক্ত করেছেন: পদার্থ, যা পদার্থবিদ্যার বিষয় এবং টপোলজি, যা গণিতের একটি শাখা৷ তারা বুঝতে পেরেছিল যে টপোলজিকাল ত্রুটি এবং পদার্থের অ-প্রথাগত পর্যায়গুলির সাথে সম্পর্কিত অ-প্রথাগত পর্যায় পরিবর্তন রয়েছে - টপোলজিক্যাল পর্যায়গুলি। এটি পরীক্ষামূলক এবং তাত্ত্বিক কাজের একটি তুষারপাতের দিকে পরিচালিত করে। এই তুষারপাত এখনও খুব দ্রুত গতিতে প্রবাহিত হচ্ছে।

কিছু লোক আবার XNUMXD উপকরণকে পদার্থের একটি নতুন, অনন্য অবস্থা হিসাবে দেখছে। আমরা এই ধরণের ন্যানোনেটওয়ার্ক - ফসফেট, স্ট্যানিন, বোরোফিন, বা অবশেষে, জনপ্রিয় গ্রাফিন - বহু বছর ধরে জানি। উপরে উল্লিখিত নোবেল পুরস্কার বিজয়ীরা জড়িত, বিশেষ করে, এই একক-স্তর উপকরণগুলির টপোলজিক্যাল বিশ্লেষণে।

পদার্থের অবস্থা এবং পদার্থের পর্যায়গুলির পুরানো দিনের বিজ্ঞান মনে হয় অনেক দূর এগিয়েছে। পদার্থবিদ্যার পাঠ থেকে আমরা এখনও যা মনে রাখতে পারি তার বাইরে।