ஒளி ஒளியின் மீது மோதித் தெறிக்க முடியுமா?

இரண்டு கைவிளக்குகளின் கற்றைகள் குறுக்கிடும்படி ஒளிரச் செய்யுங்கள்: ஒவ்வொரு கற்றையும் மற்றொன்று அங்கு இல்லாதது போலவே தொடர்ந்து செல்கிறது. இதுவே ஒளியியலின் மையத்தில் உள்ள மேற்பொருந்துதல் கோட்பாடு (superposition principle). மின்காந்தவியலின் சமன்பாடுகள் நேரியல் (linear) சமன்பாடுகள் என்பதால் இது செல்லுபடியாகிறது; இது அன்றாட அனுபவத்துடனும் பொருந்துகிறது.

1930-களில் Euler, Heisenberg, Kockel ஆகியோரின் ஆய்வுகள் முதல், இந்தக் கோட்பாடு முற்றிலும் துல்லியமானது அல்ல என்று இயற்பியலாளர்கள் அறிவார்கள். குவாண்டம் இயற்பியல் வெற்றிடத்தை நொடிப்பொழுதே நிலைக்கும் ஏற்ற இறக்கங்களால் (fluctuations) நிரப்புகிறது — குவாண்டம் மின்னியக்கவியலில் (quantum electrodynamics), எலக்ட்ரான்–பாசிட்ரான் மெய்நிகர் இணைகள் (virtual pairs). அவற்றின் வழியாக, ஒளி ஒளியை உணர முடியும். இதிலிருந்து இரண்டு விளைவுகள் பிறக்கின்றன: ஒரு கற்றை மற்றொரு கற்றையின் ஃபோட்டான்களைத் திசை திருப்பும் ஒளி-ஒளிச் சிதறல் (light-by-light scattering); வலிமையான ஒரு புலத்தின் வழியே செல்லும் ஒளியின் முனைவாக்கத்தை (polarization) வெற்றிடம் மாற்றும் வெற்றிட இரட்டை ஒளிவிலகல் (vacuum birefringence). ஃபோட்டான்கள் ஓர் எலக்ட்ரானின் நிறையைவிட மிகக் குறைந்த ஆற்றலைச் சுமக்கும் குறைந்த ஆற்றல் நிலையில், இவை இரண்டுமே இதுவரை சோதனைமூலம் உறுதிப்படுத்தப்படவில்லை.

தீவிரமான லேசருக்கு எதிராக X-கதிர்கள்

BIREF@HIBEF கூட்டமைப்பு — Jena-வில் உள்ள Helmholtz நிறுவனம் (Helmholtz Institute Jena), Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf ஆகியவற்றின் குழுக்கள் உட்படச் சுமார் 80 ஆய்வாளர்கள் — ஜெர்மனியின் Schenefeld நகரில் உள்ள ஐரோப்பிய X-கதிர் கட்டற்ற-எலக்ட்ரான் லேசரில் (European X-Ray Free-Electron Laser) இந்த மோதலை அமைத்தது:

• பம்ப் (pump): ReLaX லேசர்; 23 ஃபெம்டோவினாடி நீளமுள்ள, 4 ஜூல் ஆற்றல் சுமக்கும் அண்மை-அகச்சிவப்புத் துடிப்புகள், சுமார் 1.1-க்கு 1.4 மைக்ரோமீட்டர் அளவுள்ள ஒரு புள்ளியில் குவிக்கப்பட்டு, சதுர சென்டிமீட்டருக்கு 7.7 × 10²¹ வாட் வரை எட்டுகின்றன;
• ஆய்வுக்கற்றை (probe): 8.766 keV X-கதிர்த் துடிப்புகள்; ஒவ்வொன்றிலும் சுமார் 100 பில்லியன் ஃபோட்டான்கள்; அவை பம்பை நோக்கி நேருக்கு நேர் செலுத்தப்படுகின்றன.

பம்பின் தீவிரமான புலம் வெற்றிடத்தைச் சற்று முனைவாக்க வேண்டும்; சில X-கதிர் ஃபோட்டான்கள் தம் முனைவாக்கம் புரட்டப்பட்ட நிலையில் வெளிவர வேண்டும். சிறந்த சூழ்நிலைகளில்கூட, அது சுமார் 10¹³-இல் ஒரு ஃபோட்டான் — அந்த ஃபோட்டான்களும் மற்ற 100 பில்லியன் ஃபோட்டான்கள் செல்லும் அதே திசையிலேயே பயணிக்கின்றன.

இருள்-புல (dark-field) அமைப்பு: ஒரு கம்பி X-கதிர்க் கற்றையில் ஒரு நிழலை விழச் செய்கிறது, மோதலில் உருவாகும் குவாண்டம் வெற்றிடச் சமிக்ஞை துளையின் வழியே செல்கிறது, ஒரு கற்றைப் பிரிப்பான் அதன் இரண்டு முனைவாக்கங்களையும் பிரிக்கிறது. — படம் 1, Matheron, Šmíd et al. (2026), arXiv:2611.04531.

நிழலில் கற்றையை மறைத்தல்

இதற்கான உத்தி ஓர் இருள் புலம் (dark field). 250 மைக்ரோமீட்டர் தடிமனுள்ள, மெருகூட்டப்பட்ட ஒரு டங்ஸ்டன் கம்பி, X-கதிர்க் கற்றை குவிக்கப்படுவதற்கு முன் அதன் பாதையில் வைக்கப்படுகிறது. அது ஒரு நிழலை விழச் செய்கிறது. குவியத்தில் நிழல் மறைகிறது; அதைக் கடந்த பின், நிழல் மீண்டும் தோன்றுகிறது — ஆனால் மோதலால் உருவான சமிக்ஞை அதற்குள் பரவுகிறது. பின்னர் 40 மைக்ரோமீட்டர் துளை ஒன்று முதன்மைக் கற்றையைத் தடுத்து, நிழல் படிந்த பகுதியைச் செல்ல விடுகிறது; ஒரு ஜெர்மேனியம் படிகம் இரண்டு முனைவாக்கங்களையும் பிரித்து, ஃபோட்டான்களை எண்ணும் இரண்டு உணரிகளுக்கு (detectors) அனுப்புகிறது. முதன்மைக் கற்றையில், சுமார் ஒரு டிரில்லியனுக்கு 4 X-கதிர் ஃபோட்டான்கள் மட்டுமே புரட்டப்பட்ட முனைவாக்கத் தடத்துக்குள் (channel) கசிந்தன.

பம்ப் 0.5 ஹெர்ட்ஸிலும் ஆய்வுக்கற்றை 10 ஹெர்ட்ஸிலும் இயங்குகின்றன; எனவே ஒவ்வொரு மோதலுடனும், பம்ப் இல்லாத 19 ஒப்பீட்டு வீச்சுகள் (reference shots) கிடைக்கின்றன. 2,751 மோதல்கள், 52,441 ஒப்பீட்டு வீச்சுகள் ஆகியவற்றில், புரட்டப்பட்ட தடம் பம்புடன் ஒரு வீச்சுக்கு 0.4649 ஃபோட்டானையும், பம்ப் இல்லாமல் 0.4636 ஃபோட்டானையும் எண்ணியது: எந்த வேறுபாடும் இல்லை. பின்னணியைக் கழித்த பிறகு, மிகை ஒரு வீச்சுக்கு −0.0024 ஃபோட்டானாக இருந்தது; இது பூஜ்ஜியத்துடன் ஒத்துப்போகிறது.

பத்து பில்லியன் மடங்கு அதிகம் சொல்லும் ஒரு மௌனம்

மௌனம் எதைக் குறிக்கிறது என்பதை அறிய, குழு முழுச் சோதனையையும் — கற்றை கற்றையாக, லென்ஸ் லென்ஸாக, ஒவ்வொரு வீச்சிலும் அளக்கப்பட்ட சீரமைப்புப் பிழை உட்பட — உருவகப்படுத்தியது. முழு ஆய்வுத் தொடருக்கும் புரட்டப்பட்ட தடத்தில் மொத்தம் வெறும் 0.0008 ஃபோட்டான் என்று குவாண்டம் மின்னியக்கவியல் முன்கணிக்கிறது: இந்த ஓட்டம் கண்டறியக்கூடியதைவிட மிக மிகக் குறைவு.

முடிவு ஒரு மேல் வரம்பு. 95% நம்பகத்தன்மையில், 116 எலக்ட்ரான்வோல்ட் மோதல் ஆற்றலில், ஒளி-ஒளிச் சிதறல் குவாண்டம் மின்னியக்கவியல் முன்கணிக்கும் மதிப்பின் அதிகபட்சம் 70,000 மடங்கு ஆகும். 2,751 மோதல்களில் 56-க்கும் மேற்பட்ட ஃபோட்டான்களின் சமிக்ஞை இருந்திருந்தால் அது தனித்துத் தெரிந்திருக்கும். குறைந்த ஆற்றலில் நடந்த முந்தைய சோதனைகள், சுமார் பத்து பில்லியன் மடங்கு பலவீனமான வரம்புகளையே எட்டியிருந்தன.

ஒளி-ஒளிச் சிதறல் மீதான மேல் வரம்புகள், குவாண்டம் முன்கணிப்புடன் ஒப்பிட்டு (1-இல் உள்ள சிவப்பு இடைவிட்ட கோடு): 70,000-இல் உள்ள இந்தச் சோதனை, குறைந்த ஆற்றலில் நடந்த முந்தைய சோதனைகளுக்கு எதிராக. — படம் 4, Matheron, Šmíd et al. (2026), arXiv:2611.04531.

இடைவெளியை மூடுதல்

70,000 என்ற இடைவெளி எட்ட முடியாதது அல்ல என்கிறார்கள் ஆசிரியர்கள். ReLaX-ஐ அதன் வெளியிடப்பட்ட 8 ஜூல், 1 ஹெர்ட்ஸ் திறனில் இயக்கினால், அதே நேரத்தில் 8 மடங்கு அதிகச் சமிக்ஞை கிடைக்கும்; தற்போதைய வசதியின் கட்டுப்பாடுகளிலிருந்து விடுபட்ட ஓர் இருள்-புல வடிவமைப்பு, பின்னணியை நிராகரிப்பதை ஆயிரத்துக்கும் மேற்பட்ட மடங்கு மேம்படுத்தும்; வேகமான உணரிகள் இன்னும் பத்து மடங்கோ அதற்கு மேலோ ஆதாயம் தரும். இந்த மேம்பாடுகள் அனைத்தும் சேர்ந்து, ஒளி ஒளியின் மீது சிதறுவதை ஆய்வகத்தில் முதன்முறையாக நேரடியாகக் காண வழிவகுக்க வேண்டும் — பின்னர், வெற்றிடத்தின் துலங்கலுக்குக் குவாண்டம் மின்னியக்கவியல் ஒதுக்கும் a, b என்ற இரண்டு எண்களையும் அளக்கவும்.