আলো কি আলোয় ধাক্কা খেয়ে ফিরে আসতে পারে?

দুটি টর্চ এমনভাবে জ্বালান যাতে তাদের রশ্মি পরস্পরকে আড়াআড়ি কাটে: প্রতিটি রশ্মি এমনভাবে এগিয়ে যায় যেন অন্যটি সেখানে নেই। এটিই উপরিপাতন নীতি (superposition principle), আলোকবিজ্ঞানের একেবারে কেন্দ্রে। এটি খাটে কারণ তড়িৎচুম্বকত্বের সমীকরণগুলো রৈখিক, আর এটি প্রতিদিনের অভিজ্ঞতার সঙ্গেও মেলে।

1930-এর দশকে অয়লার (Euler), হাইজেনবার্গ (Heisenberg) ও কোকেলের (Kockel) কাজের পর থেকে পদার্থবিজ্ঞানীরা জানেন যে নীতিটি পুরোপুরি নির্ভুল নয়। কোয়ান্টাম পদার্থবিজ্ঞান শূন্যস্থানকে ভরে দেয় ক্ষণস্থায়ী ওঠানামায় (fluctuations) — কোয়ান্টাম তড়িৎগতিবিদ্যায় (quantum electrodynamics), ইলেকট্রন ও পজিট্রনের ভার্চুয়াল জোড়ায়। এদের মাধ্যমে আলো আলোকে অনুভব করতে পারে। এর দুটি পরিণতি: আলো-দ্বারা-আলোর বিক্ষেপণ (light-by-light scattering), যেখানে একটি রশ্মি অন্য একটি রশ্মির ফোটনকে বিচ্যুত করে, এবং শূন্যস্থানের দ্বিপ্রতিসরণ (vacuum birefringence), যেখানে একটি শক্তিশালী ক্ষেত্রের মধ্য দিয়ে যাওয়া আলোর সমাবর্তন (polarization) — অর্থাৎ যে দিকে তার তড়িৎক্ষেত্র দোলে — শূন্যস্থান বদলে দেয়। নিম্ন শক্তিতে, যেখানে ফোটনগুলো একটি ইলেকট্রনের ভরে আবদ্ধ শক্তির চেয়ে অনেক কম শক্তি বহন করে, এদের কোনোটিই এখনও পরীক্ষামূলকভাবে যাচাই হয়নি।

তীব্র লেজারের বিপরীতে এক্স-রে

BIREF@HIBEF সহযোগিতা — প্রায় 80 জন গবেষক, যাঁদের মধ্যে আছে হেল্মহোল্ৎস ইনস্টিটিউট ইয়েনা (Helmholtz Institute Jena) ও হেল্মহোল্ৎস-সেন্ট্রুম ড্রেসডেন-রোসেনডর্ফের (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf) দলগুলো — সংঘর্ষটির আয়োজন করেছে জার্মানির শেনেফেল্ডে (Schenefeld) অবস্থিত ইউরোপীয় এক্স-রে ফ্রি-ইলেকট্রন লেজারে (European X-Ray Free-Electron Laser):

• পাম্প (pump): ReLaX লেজার, 23 ফেমটোসেকেন্ডের (সেকেন্ডের বিলিয়ন ভাগের এক ভাগের মিলিয়ন ভাগের এক ভাগ) নিকট-অবলোহিত পালস, যা বহন করে 4 জুল, প্রায় 1.1 বাই 1.4 মাইক্রোমিটারের একটি বিন্দুতে কেন্দ্রীভূত, এবং পৌঁছায় প্রতি বর্গসেন্টিমিটারে 7.7 × 10²¹ ওয়াটে;
• প্রোব (probe): 8.766 keV-এর এক্স-রে পালস (কিলোইলেকট্রনভোল্ট: প্রতিটি এক্স-রে ফোটন অবলোহিত পাম্পের একটি ফোটনের চেয়ে 5,000 গুণেরও বেশি শক্তি বহন করে), প্রতিটিতে প্রায় 100 বিলিয়ন ফোটন, পাম্পের দিকে মুখোমুখি ছোড়া।

পাম্পের তীব্র ক্ষেত্রের শূন্যস্থানকে সামান্য বিচলিত করার কথা, আর তার মধ্য দিয়ে যাওয়া কয়েকটি এক্স-রে ফোটনের বেরিয়ে আসার কথা উল্টে যাওয়া সমাবর্তন নিয়ে। আদর্শ অবস্থাতেও সেটি প্রায় 10¹³-এ একটি ফোটন — আর সেই ফোটনগুলো চলে বাকি 100 বিলিয়নটির একই দিকে।

ডার্ক-ফিল্ড ব্যবস্থা: একটি তার এক্স-রে রশ্মিতে ছায়া ফেলে, সংঘর্ষে তৈরি কোয়ান্টাম শূন্যস্থানের সংকেত ছিদ্রটি দিয়ে বেরিয়ে যায়, আর একটি রশ্মি-বিভাজক তার দুটি সমাবর্তনকে আলাদা করে। — চিত্র 1, Matheron, Šmíd et al. (2026), arXiv:2611.04531.

রশ্মিকে ছায়ায় লুকানো

কৌশলটি হলো একটি ডার্ক ফিল্ড (dark field)। 250 মাইক্রোমিটার পুরু একটি পালিশ করা টাংস্টেনের তার এক্স-রে রশ্মিকে কেন্দ্রীভূত করার আগে তার পথে রাখা হয়। এটি একটি ছায়া ফেলে। ফোকাসে ছায়াটি মিলিয়ে যায়; তার পরে ছায়াটি আবার দেখা দেয় — কিন্তু সংকেত, যা জন্ম নেয় ক্ষুদ্র ফোকাস-বিন্দুতে, ছড়িয়ে পড়ে একটি চওড়া শঙ্কুতে, যা ছায়াটিকে ভরে দেয়। এরপর একটি 40 মাইক্রোমিটারের ছিদ্র মূল রশ্মিকে আটকে দেয় আর ছায়াঘেরা অঞ্চলটিকে যেতে দেয়, এবং একটি জার্মেনিয়াম কেলাস দুটি সমাবর্তনকে দুটি ফোটন-গণনাকারী শনাক্তকারীতে ভাগ করে দেয়। মূল রশ্মির মাত্র প্রায় প্রতি ট্রিলিয়নে 4টি এক্স-রে ফোটন উল্টানো-সমাবর্তনের চ্যানেলে চুইয়ে ঢুকেছে; বিপরীতে, অপরিবর্তিত-সমাবর্তনের চ্যানেল তখনও প্রতিটি শটে প্রায় 7,000 প্রোব ফোটন পেয়েছে।

পাম্প চলে 0.5 হার্ৎজে আর প্রোব 10 হার্ৎজে, তাই প্রতিটি সংঘর্ষের সঙ্গে আসে পাম্প ছাড়া 19টি রেফারেন্স শট। 2,751টি সংঘর্ষ ও 52,441টি রেফারেন্স শট জুড়ে, উল্টানো চ্যানেল পাম্পসহ প্রতি শটে গুনেছে 0.4649 ফোটন, পাম্প ছাড়া 0.4636: কোনো পার্থক্য নেই। পটভূমি বাদ দেওয়ার পর বাড়তি অংশ ছিল প্রতি শটে −0.0024 ফোটন, শূন্যের সঙ্গে সামঞ্জস্যপূর্ণ।

দশ বিলিয়ন গুণ বেশি অর্থবহ এক নীরবতা

নীরবতার অর্থ কী তা জানতে দলটি পুরো পরীক্ষাটি সিমুলেট করেছে, রশ্মি ধরে ধরে, লেন্স ধরে ধরে, প্রতিটি শটের মাপা বিন্যাস-বিচ্যুতিসহ (misalignment)। কোয়ান্টাম তড়িৎগতিবিদ্যা পুরো অভিযানের জন্য উল্টানো চ্যানেলে মোট মাত্র 0.0008 ফোটনের পূর্বাভাস দেয়: এই দফার শনাক্ত করার ক্ষমতার অনেক নিচে।

ফলাফলটি একটি ঊর্ধ্বসীমা। 95% আস্থায়, আলো-দ্বারা-আলোর বিক্ষেপণ কোয়ান্টাম তড়িৎগতিবিদ্যার পূর্বাভাসিত মানের বড়জোর 70,000 গুণ, 116 ইলেকট্রনভোল্টের সংঘর্ষ-শক্তিতে (একটি এক্স-রে ফোটন ও একটি লেজার ফোটনের শক্তির গুণফলের বর্গমূল, 8,766 ও 1.55 ইলেকট্রনভোল্ট)। 2,751টি সংঘর্ষে 56টির বেশি ফোটনের সংকেত থাকলে তা আলাদা হয়ে চোখে পড়ত। নিম্ন শক্তিতে আগের পরীক্ষাগুলো কেবল প্রায় দশ বিলিয়ন গুণ দুর্বল সীমায় পৌঁছেছিল।

কোয়ান্টাম পূর্বাভাসের তুলনায় আলো-দ্বারা-আলোর বিক্ষেপণের ঊর্ধ্বসীমা (1-এ লাল ড্যাশ রেখা): এই পরীক্ষা, 70,000-এ, নিম্ন শক্তির আগের পরীক্ষাগুলোর বিপরীতে। — চিত্র 4, Matheron, Šmíd et al. (2026), arXiv:2611.04531.

ব্যবধান ঘোচানো

লেখকদের মতে, 70,000-এর ব্যবধান নাগালের বাইরে নয়। ReLaX-কে তার প্রকাশিত 8 জুল ও 1 হার্ৎজে চালালে একই সময়ে 8 গুণ বেশি সংকেত মিলবে; বর্তমান স্থাপনার সীমাবদ্ধতা থেকে মুক্ত একটি ডার্ক-ফিল্ড জ্যামিতি পটভূমি বর্জনকে হাজার গুণেরও বেশি উন্নত করবে; দ্রুততর শনাক্তকারী আরও দশ বা তার বেশি গুণ যোগ করবে। একসঙ্গে, এই উন্নয়নগুলোর ফলে আলো থেকে আলোর বিক্ষেপণের প্রথম প্রত্যক্ষ গবেষণাগার-পর্যবেক্ষণ সম্ভব হওয়ার কথা — এবং তারপর সেই দুটি সংখ্যা, a ও b, মাপা যাবে, যা কোয়ান্টাম তড়িৎগতিবিদ্যা শূন্যস্থানের সাড়ার জন্য নির্ধারণ করে।