ফোটন

নিউট্রনের পৃথক পৃথক ভরের সমষ্টি অপেক্ষা কম (আইনস্টাইনের ভরশক্তি সমীকরণ E=mc2 অনুসারে)। এই হারানো ভরটুকুকে পদার্থবিজ্ঞানে বলা হয় ভর ত্রুটি এবং এটি নিউক্লিয়াস।

নামকরণ

১৯০০ সালে ম্যাক্স প্ল্যাংক কৃষ্ণবস্তু বিকিরণের ওপর কাজ করছিলেন। তিনি ধারণা প্রকাশ করলেন যে তাড়িতচৌম্বক তরঙ্গ কেবল শক্তির প্যাকেট আকারে নির্গত হতে পারে। ১৯০১ সালে এনালেন ডার ফিজিক পত্রিকায় তিনি এক নিবন্ধে [1] এই প্যাকেট এর নাম দিলেন শক্তিকণা।

পদার্থবিদ্যায়, ফোটনকে সচরাচর প্রকাশ করা হয় γ চিহ্ন দ্বারা (গ্রীক বর্ণ "গামা")। ফোটনের জন্য এই গামা চিহ্ন এসেছে খুব সম্ভবত গামা রশ্মি থেকে যা ১৯০০ সালে পল ভিলার্ড [2][3] আবিস্কার করেন, ১৯০৩ সালে আর্নেস্ট রাদারফোর্ড নামকরণ করেন এবং ১৯১৪ সালে এডওয়ার্ড আন্দ্রেদ এবং রাদারফোর্ড এটিকে তড়িৎচৌম্বকীয় বিকিরণ রূপে উপস্থাপন করেন। [4] রসায়নশাস্ত্র এবং দৃষ্টিপ্রকৌশলবিদ্যায়, ফোটনকে সাধারণত প্রকাশ করা হয় hv দ্বারা, যেখানে h হলো প্লাংকের ধ্রুবক ও v (গ্রীক বর্ণ nu) ফোটনের তীব্রতা। এছাড়াও ফোটনকে hf এর মাধ্যমেও প্রকাশ করা হয়ে থাকে, যেখানে এর কম্পাঙ্ককে f দ্বারা নির্দেশ করা হয়, যদিও এটি খুব প্রচলিত নয়।

ভৌত বৈশিষ্ট্যাবলী
ইলেকট্রন ও পজিট্রন এর মধ্যে একটি কাল্পনিক ফোটনের (বক্ররেখা দিয়ে দেখানো হয়েছে) আদান-প্রদানের ফাইনম্যান চিত্র।
The cone shows possible values of wave 4-vector of a photon. The "time" axis gives the angular frequency (rad⋅s−1) and the "space" axes represent the angular wavenumber (rad⋅m−1). Green and indigo represent left and right polarization

ফোটন ভরহীন, তড়িৎ নিরপেক্ষ [5], স্থিতিশীল/সুস্থিত। ফোটন এর দুইটি সম্ভাব্য সমবর্তন দশা রয়েছে। ভরবেগ বিবৃতিতে যা কোয়ান্টাম ক্ষেত্র তত্ত্বে উপ্সথাপন করা হয়, একটি ফোটন এর তরঙ্গ দৈর্ঘ্য π এবং এর দিক নির্ধারণ করা হয় তার তরঙ্গ ভেক্টর বর্ণনার দ্বারা। একটি ফোটনের তরঙ্গ ভেক্টর শূন্য নাও হতে পারে এবং একটি স্থানিক ৩-ভেক্টর হিসেবে অথবা একটি (আপেক্ষিক) চার-ভেক্টর হিসেবে বর্ণনা করা যেতে পারে; পরেরটির ক্ষেত্রে এটি আলোক কোণের (অঙ্কিত) সৃষ্টি করতে পারে। চার-ভেক্টরের বিভিন্ন চিহ্ন বিভিন্ন বৃত্তাকার সমবর্তন চিহ্নিত করে, কিন্তু ৩-ভেক্টরের চিত্রে, প্রত্যেকের আলাদাভাবে সমবর্তন দশা বর্ণনা করা উচিত। এটি আসলে একটি ঘূর্ণন কোয়ান্টাম সংখ্যা। উভয় ক্ষেত্রে সম্ভাব্য তরঙ্গ ভেক্টরদ্বয়ের অবস্থান ত্রিমাত্রিক।

ফোটন তড়িৎচৌম্বকীয় তত্ত্বের জন্য গেজ বোসন [6] এবং এই কারণে ফোটনের অন্যসব কোয়ান্টাম সংখ্যা (যেমন লেপটন সংখ্যা, ব্যারিয়ন সংখ্যা,ফ্লেভার কোয়ান্টাম সংখ্যা) শূন্য হয়। [7]

ঐতিহাসিক প্রগমন
মূল নিবন্ধ: আলো
১৮০৫সালে Thomas Young এর দ্বি-চিড় পরীক্ষণ দেখায় যে আলো তরঙ্গ হিসেবে আচরণ করতে পারে,যা আসলে আলোর কণাতত্ত্বকে প্রশ্নের সম্মুখীন করে।

অষ্টাদশ শতাব্দীর সবচেয়ে কার্যকর তত্ত্ব ছিলো, আলো কণা দ্বারা গঠিত। কণা মডেল সহজে আলোর প্রতিসরণ, অপবর্তন এবং বাইরেফ্রিনজেন্স(birefringence) ব্যাখ্যা করতে পারে না বলে রেনে দেকার্ত (১৬৩৭),[8] রবার্ট হুক (১৬৫৫) [9] এবং ক্রিশ্চিয়ান হাইগেনস (১৬৭৮) [10] however, particle models remained dominant, chiefly due to the influence of Isaac Newton.[11] সালে আলোর তরঙ্গ তত্ত্ব প্রস্তাবনা করেন। তবে আইজ্যাক নিউটনের প্রভাব এর ফলে কণা মডেলের বিশেষ গুরুত্ব রয়েই যায়। উনিশ শতকের প্রথম দিকে, থমাস ইয়ং এবং অগাস্ট ফ্রেসনেল স্পষ্টভাবে আলোর ব্যতিচার এবং অপবর্তন বর্ণনা করেন এবং এই তরঙ্গ মডেল ১৮৫০ সালের দিকে সর্বজন গৃহীত হয়।[12][13] ১৮৬৫ সালে জেমস ক্লার্ক ম্যাক্সওয়েল এর ভবিষ্যদ্বাণী ছিলো যে, আলো একটি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গ হতে পারে। তার অনুমান পরীক্ষামূলকভাবে নিশ্চিত হয় ১৮৮৮ তে হেনরিক হার্টজ এর বেতার তরঙ্গ [14] আবিষ্কারের মাধ্যমে। এটাকে আলোর কণা মডেলের ওপর মরণ কামড় বলে মনে করা হয়।

In 1900, Maxwell's theoretical model of light as oscillating electric and magnetic fields seemed complete. However, several observations could not be explained by any wave model of electromagnetic radiation, leading to the idea that light-energy was packaged into quanta described by E=hν. Later experiments showed that these light-quanta also carry momentum and, thus, can be considered particles: the photon concept was born, leading to a deeper understanding of the electric and magnetic fields themselves.

যেভাবেই হোক,ম্যাক্সওয়েলের তরঙ্গতত্ত্ব আলোর সব ধর্ম ব্যাখ্যা করতে পারে না। ম্যাক্সওয়েলের তরঙ্গতত্ত্ব ধারণা দেয় যে আলোকতরঙ্গ-এর শক্তি শুধুমাত্র এর তীব্রতার উপর নির্ভর করে, আলোর কম্পাংকের উপর না। কিন্তু এককভাবে বিভিন্ন পরীক্ষার দ্বারা জানা যায় যে, পরমাণু থেকে যে আলোকশক্তি নির্গত হয় তা শুধুমাত্র আলোর কম্পাঙ্কের উপর নির্ভর করে,আলোর তীব্রতার উপর না। উদাহরণস্বরূপ, কিছু রাসায়নিক বিক্রিয়াকে আলোর কম্পাংকের দ্বারা উত্তেজিত করা হয়, যেটা কিনা নির্দিষ্ট সূচন কম্পাংক থেকে বেশি। আলোর কম্পাংক যদি সূচন কম্পাংক থেকে কম হয় (যেখানে আলোর তীব্রতা কত, সেটা কোনো বিষয় না) তাহলে সেক্ষেত্রে ওই বিক্রিয়াটা ঘটবে না। একইভাবে, প‍র্যাপ্ত কম্পাংকের আলোকশক্তি যদি কোনো ধাতব প্লেটের উপর পড়ে, তাহলে সেখান থেকে ইলেক্ট্রন নির্গত হয়(ফটোইলেক্ট্রিক ইফেক্ট); নির্গত ইলেক্ট্রনের শক্তি আলোর কম্পাংকের সাথে সম্পর্কিত, আলোর তীব্রতার উপর না। [15][Note 1]

আইনস্টাইনের আলোক কোয়ান্টাম

প্ল্যাংক ব্যতীত আইনস্টাইন এই সম্ভাবনার কথা পোষণ করেছিলেন যে, প্রকৃতভাবেই আলোর কোয়ান্টা থাকবে, যাকে আমরা এখন ফোটন বলছি। তিনি লক্ষ করলেন যে, শক্তিসহ একটি আলোক কোয়ান্টা এর কম্পাঙ্কের সমানুপাতিক হলে অনেকগুলো যন্ত্রণাদায়ক কঠিন সমস্যা আর প্যারাডক্সের ব্যাখ্যা পাওয়া যাবে। স্টোকস এর একটি অপ্রকাশিত সূত্র, অতিবেগুনী রশ্মি বিপর্যয়কারী ঘটনা এবং অবশ্যই ফটোতড়িৎ ক্রিয়ার ব্যাখ্যা! স্টোক এর সূত্রে সহজভাবে বলা আছে যে, প্রতিপ্রভ(ফ্লুরোসেন্ট) আলোর কম্পাংক, আলোর (সাধারণত অতিবেগুনী) কম্পাংকের চেয়ে বেশি হতে পারে না। ফোটন গ্যাস ইলেক্ট্রন গ্যাসের মতো আচরণ করে এই ধারণার কল্পনা করার মাধ্যমে তিনি অতিবেগুনী রশ্মির বিপর্যয় এর ব্যাপারটিকে বাদ দিয়েছিলেন। তার এক সহকর্মী পরামর্শ দিয়েছিল, প্ল্যাঙ্ককে সরাসরি চ্যালেঞ্জ না করে পেপারটি লিখতে। লেখার প্রতি সর্তকতা অবলম্বন এর পরামর্শ এজন্য যে তিনি(প্ল্যাংক) তখন একজন শক্তিমান ব্যক্তিত্ব ছিলেন এবং বাস্তবিকপক্ষে এই সতর্কবার্তা সমর্থনযোগ্য ছিলো কারণ প্ল্যাংক কখনো এই লেখার জন্য তাকে ক্ষমা করেননি। [16]

ফোটন গ্যাসের বোস-আইনস্টাইন মডেল
মূল নিবন্ধসমূহ: বোসন গ্যাস, বোস-আইনস্টাইন পরিসংখ্যান এবং স্পিন-পরিসংখ্যান তত্ত্ব

১৯২৪ সালে সত্যেন্দ্রনাথ বসু কোনো তাড়িৎচৌম্বক ব্যবহার না করে, কৃষ্ণবস্তু বিকিরণের প্ল্যাংকের সূত্র নিষ্পত্তি করেন। আইনস্টাইন প্রমাণ করে দেখালেন যে, এই পরিবর্তিত অবস্থা একই বলে দাবি করা যায় যেন, সব ফোটনই তীব্রভাবে অভিন্ন, এবং এটি স্পষ্ট একটি দুর্বোধ্য অস্থানীয় মিথস্ক্রিয়া যা ইতিমধ্যে সুসংগত যান্ত্রিক কোয়ান্টাম দশা বলে অনুধাবন করা হয়েছে। [17][18] লেজার এর অগ্রগতি এবং সামঞ্জস্যপূর্ণ ধারণার উপর ভিত্তি করে এই কাজ চালিত হয়। একই রচনায়, আইনস্টাইন বসুর formalism কে বস্তুকণায়(বোসন) সম্প্রসারণ করেন এবং অনুমান করেন যে, যথেষ্ট নিম্ন তাপমাত্রায় তারা তাদের সর্বনিম্ন কোয়ান্টাম দশায় ঘনীভূত হবে; ১৯৯৫ সালে প্রথমবারের মত এই বোস-আইনস্টাইন ঘনীভবন পরীক্ষামূলকভাবে পর্যবেক্ষণ করা গিয়েছিল। [19] পরবর্তীতে এই পদ্ধতি ব্যবহার করেই লিন হাউ ফোটন গ্যাসকে ১৯৯৯ সালে ধীরগতিতে আর ২০০১ এ সম্পূর্ণ স্থির দশায় আনতে সক্ষম হন। [20][21]

এই বিষয়ে আধুনিক দৃষ্টিকোণ থেকে ধারণা এই যে, ফোটন বৈশিষ্ট্যগতভাবে ঘূর্ণন পূর্নসংখ্যার হয়, বোসন (অর্ধ পূর্ণসংখ্যার ঘূর্ণনের ফার্মিয়নের বিপরীতে) ঘূর্ণন-পরিসংখ্যান তত্ত্ব অনুযায়ী, সব বোসনকণা বোস-আইনস্টাইন পরিসংখ্যান মেনে চলে (যেখানে সব ফার্মিয়ন ফার্মি-ডিরাক পরিসংখ্যান মেনে চলে)। [22]

সাম্প্রতিক গবেষণা

কোয়ান্টাম আলোকবিদ্যায় ফোটনের প্রায়োগিক ক্ষেত্রে অনেক গবেষণা নিযুক্ত রয়েছে। ফোটনকে অত্যন্ত দ্রুত কোয়ান্টাম কম্পিউটার এর জন্য উপযুক্ত মৌলিক কণা বলে মনে করা হচ্ছে, আর ফোটনের কোয়ান্টাম জট গবেষণার লক্ষ্য হিসেবে দাঁড়াচ্ছে। দুটি ফোটনের শোষণক্রিয়া, নিজ দশার বাহক, দশার অস্থিতিশীলতা, দৃষ্টিসর্ম্পকীয় স্তিতিস্থাপক দোলক এর মত অরৈখিক আলোকবিদ্যা প্রক্রিয়া আরেকটি সক্রিয় গবেষণা ক্ষেত্র। যাই হোক, এই সব পক্রিয়ায় ফোটনের ভূমিকার প্রয়োজন হয় না, তাদের প্রায়ই অরৈখিক দোলক হিসেবে পরমাণুর মডেল হিসেবে দেখানো হয়। প্রায়ই একক ফোটন দশা তৈরীতে স্বতঃস্ফূর্ত স্তিতিস্থাপক নিম্নগামী কনভার্সনের অরৈখিক প্রক্রিয়া ব্যবহার করা হয়। অবশেষে, আলোকীয় যোগাযোগ ব্যবস্থার কিছু উদ্দেশ্যে ফোটন খুবই গুরুত্ববহ, বিশেষত কোয়ান্টাম ক্রিপ্টোগ্রাফির জন্য। [Note 2]

তথ্যসূত্র
  1. Planck, M. (১৯০১)। "On the Law of Distribution of Energy in the Normal Spectrum"। Annalen der Physik। 4 (3): 553–563। doi:10.1002/andp.19013090310। বিবকোড:1901AnP...309..553P। ২০০৮-০৪-১৮ তারিখে মূল থেকে আর্কাইভ করা।
  2. Villard, P. (১৯০০)। "Sur la réflexion et la réfraction des rayons cathodiques et des rayons déviables du radium"। Comptes Rendus des Séances de l'Académie des Sciences (ফরাসি ভাষায়)। 130: 1010–1012।
  3. Villard, P. (১৯০০)। "Sur le rayonnement du radium"। Comptes Rendus des Séances de l'Académie des Sciences (ফরাসি ভাষায়)। 130: 1178–1179।
  4. Rutherford, E.; Andrade, E.N.C. (১৯১৪)। "The Wavelength of the Soft Gamma Rays from Radium B"। Philosophical Magazine। 27 (161): 854–868। doi:10.1080/14786440508635156।
  5. Kobychev, V.V.; Popov, S.B. (২০০৫)। "Constraints on the photon charge from observations of extragalactic sources"। Astronomy Letters। 31 (3): 147–151। arXiv:hep-ph/0411398 । doi:10.1134/1.1883345। বিবকোড:2005AstL...31..147K।
  6. Role as gauge boson and polarization section 5.1 inAitchison, I.J.R.; Hey, A.J.G. (১৯৯৩)। Gauge Theories in Particle Physics। IOP Publishing। আইএসবিএন 0-85274-328-9।
  7. See p.31 inAmsler, C.; ও অন্যান্য (২০০৮)। "Review of Particle Physics"। Physics Letters B। 667: 1–1340। doi:10.1016/j.physletb.2008.07.018। বিবকোড:2008PhLB..667....1P।
  8. Descartes, R. (১৬৩৭)। Discours de la méthode (Discourse on Method) (ফরাসি ভাষায়)। Imprimerie de Ian Maire। আইএসবিএন 0-268-00870-1।
  9. Hooke, R. (১৬৬৭)। Micrographia: or some physiological descriptions of minute bodies made by magnifying glasses with observations and inquiries thereupon ...। London (UK): Royal Society of London। আইএসবিএন 0-486-49564-7।
  10. Huygens, C. (১৬৭৮)। Traité de la lumière (ফরাসি ভাষায়)।. An English translation is available from Project Gutenberg
  11. Newton, I. (১৯৫২) [1730]। Opticks (4th সংস্করণ)। Dover (NY): Dover Publications। Book II, Part III, Propositions XII–XX; Queries 25–29। আইএসবিএন 0-486-60205-2।
  12. Buchwald, J.Z. (১৯৮৯)। The Rise of the Wave Theory of Light: Optical Theory and Experiment in the Early Nineteenth Century। University of Chicago Press। আইএসবিএন 0-226-07886-8। ওসিএলসি 18069573।
  13. Maxwell, J.C. (১৮৬৫)। "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field"। Philosophical Transactions of the Royal Society। 155: 459–512। doi:10.1098/rstl.1865.0008। বিবকোড:1865RSPT..155..459C। This article followed a presentation by Maxwell on 8 December 1864 to the Royal Society.
  14. Hertz, H. (১৮৮৮)। "Über Strahlen elektrischer Kraft"। Sitzungsberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften (Berlin) (জার্মান ভাষায়)। 1888: 1297–1307।
  15. Frequency-dependence of luminiscence p. 276f., photoelectric effect section 1.4 in Alonso, M.; Finn, E.J. (১৯৬৮)। Fundamental University Physics Volume III: Quantum and Statistical Physics। Addison-Wesley। আইএসবিএন 0-201-00262-0।
  16. Einstein and the Quantum: The Quest of the Valiant Swabian, A. Douglas Stone, Princeton University Press, 2013.
  17. Einstein, A. (১৯২৪)। "Quantentheorie des einatomigen idealen Gases"। Sitzungsberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften (Berlin), Physikalisch-mathematische Klasse (জার্মান ভাষায়)। 1924: 261–267।
  18. Einstein, A. (১৯২৫)। "Quantentheorie des einatomigen idealen Gases, Zweite Abhandlung"। Sitzungsberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften (Berlin), Physikalisch-mathematische Klasse (জার্মান ভাষায়)। 1925: 3–14। doi:10.1002/3527608958.ch28। আইএসবিএন 978-3-527-60895-9।
  19. Anderson, M.H. (১৯৯৫)। "Observation of Bose–Einstein Condensation in a Dilute Atomic Vapor"। Science। 269 (5221): 198–201। doi:10.1126/science.269.5221.198। PMID 17789847। জেস্টোর 2888436। বিবকোড:1995Sci...269..198A। অজানা প্যারামিটার |coauthors= উপেক্ষা করা হয়েছে (|author= ব্যবহারের পরামর্শ দেয়া হচ্ছে) (সাহায্য)
  20. http://news.harvard.edu/gazette/1999/02.18/light.html
  21. http://www.photonics.com/Article.aspx?AID=28520
  22. Streater, R.F.; Wightman, A.S. (১৯৮৯)। PCT, Spin and Statistics, and All That। Addison-Wesley। আইএসবিএন 0-201-09410-X।

বহিঃসংযোগ
  1. The phrase "no matter how intense" refers to intensities below approximately 1013 W/cm2 at which point perturbation theory begins to break down. In contrast, in the intense regime, which for visible light is above approximately 1014 W/cm2, the classical wave description correctly predicts the energy acquired by electrons, called ponderomotive energy. (See also: Boreham et al. (1996). "Photon density and the correspondence principle of electromagnetic interaction".) By comparison, sunlight is only about 0.1 W/cm2.
  2. Introductory-level material on the various sub-fields of quantum optics can be found in Fox, M. (২০০৬)। Quantum Optics: An Introduction। Oxford University Press। আইএসবিএন 0-19-856673-5।
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.