100 ایٹو سیکنڈ، 10 ٹیرا واٹ

ایک ایٹو سیکنڈ سیکنڈ کے ارب ویں حصے کا ارب واں حصہ ہے۔ روشنی کی اتنی مختصر نبضیں ایٹموں، مالیکیولوں اور ٹھوس اجسام میں الیکٹرانوں کی حرکت تک ان کے فطری وقتی پیمانے پر براہِ راست رسائی دیتی ہیں — ایک ایسا شعبہ جسے 2023 کے طبیعیات کے نوبیل انعام سے نوازا گیا۔ میز پر رکھے جانے والے آلات ایٹو سیکنڈ نبضیں پیدا کرتے ہیں، لیکن محدود توانائی کے ساتھ، خاص طور پر چھوٹی طولِ موج پر۔ اس کی وجہ سے “شدید تحریک” والے تجربات ممکن نہیں رہتے، جن میں روشنی الیکٹرانوں کو زور سے حرکت دیتی ہے۔

آزاد الیکٹران لیزر اس حد کو پار کر لیتے ہیں۔ ان مشینوں میں تقریباً روشنی کی رفتار سے چلتے الیکٹرانوں کی ایک شعاع باری باری الٹے رخ والے مقناطیسوں کی ایک لمبی قطار، یعنی انڈولیٹر (undulator)، سے گزرتی ہے۔ شعاع میں کثافت کے ننھے اتار چڑھاؤ خود کو بڑھاتے جاتے ہیں یہاں تک کہ الیکٹران ایکسرے کی ایک شدید چمک خارج کرتے ہیں۔ ایسی کئی تنصیبات پہلے ہی معمول کے طور پر ایٹو سیکنڈ ایکسرے نبضیں بناتی ہیں، جن کی توانائی سیکڑوں مائیکرو جول تک ہوتی ہے۔

گچھا جتنا چھوٹا، چمک اتنی مختصر

ایٹو سیکنڈ کی چمک حاصل کرنے کے لیے الیکٹرانوں کا وہ گچھا جو لیزر پیدا کرتا ہے، خود انتہائی چھوٹا ہونا چاہیے۔ DESY، European XFEL، ٹی یو ڈورٹمنڈ اور ہیمبرگ و کاسل کی جامعات کے ایوگینی شنائیڈملر اور ان کے 37 ساتھیوں نے جرمنی کے شہر شینیفیلڈ میں واقع سپر کنڈکٹنگ ایکسرے لیزر European XFEL پر اسے انتہا تک پہنچایا۔

European XFEL کی ترتیب: اس کام میں استعمال ہونے والے دباؤ کے پانچ مراحل سبز دائروں میں ہیں۔ — شکل 1، Schneidmiller et al. (2026)، arXiv:2609.31534۔

تین کے بجائے پانچ دباؤ

عام کارکردگی میں گچھے تین مقناطیسی “شیکینز” (chicanes) سے گزرتے ہیں جو انہیں چھوٹا کرتے ہیں، اور آخری شیکین جان بوجھ کر صرف جزوی دباؤ ڈالتی ہے۔ ٹیم نے سب کچھ بدل دیا:

• تیسری شیکین اب 350 پیکو کولمب کے کافی بھاری گچھے کو مکمل طور پر دباتی ہے۔
• ایک کولیمیٹر حصہ، جو عام طور پر غیر جانبدار ہوتا ہے، چوتھا مرحلہ بن جاتا ہے: شعاع کو 14.3 GeV پر، یعنی اس کی معمول کی توانائی سے 300 MeV زیادہ پر چلانے سے دوسرے درجے کا ایک اثر فعال ہو جاتا ہے جو اسے مزید دباتا ہے۔
• انڈولیٹر کی دو لائنوں کے درمیان موڑ، فوکس کرنے والے مقناطیسوں کے ایک جوڑے کی ترتیب بدل کر، پانچواں مرحلہ بن جاتا ہے۔ گچھا اس سے پہلے 200 میٹر لمبے انڈولیٹر سے گزرتے ہوئے توانائی کا درست پھیلاؤ حاصل کر چکا ہوتا ہے۔

سمولیشن دکھاتی ہیں کہ گچھا ایک مائیکرومیٹر سے بھی کم تک دب گیا، اور چوٹی کا کرنٹ 1,50,000 ایمپیئر رہا — جو ایکسرے لیزر کے لیے غیر معمولی طور پر زیادہ ہے، اگرچہ اس بیم لائن پر اسے براہِ راست ناپا نہیں جا سکتا۔ الیکٹرانوں کی زیادہ توانائی ہی کلید ہے: مصنفین کے مطابق دوسری جگہوں پر نرم ایکسرے کے لیے استعمال ہونے والی 3–4 GeV پر ایسے گچھے کی توانائی کا پھیلاؤ لیزر کو کام کرنے ہی نہ دیتا۔

ایک ایٹو سیکنڈ میں ملی جول

2025 اور 2026 میں تین تجرباتی دوروں نے 1,000 الیکٹران وولٹ (تقریباً 1.2 نینو میٹر طولِ موج) پر ایکسرے چمکیں پیدا کیں۔ دورے کے لحاظ سے 20 سے 39% نبضوں کے طیف میں ایک ہی صاف چوٹی تھی، جن کی اوسط توانائی 1.2 سے 2.0 ملی جول تھی۔ انفرادی نبضیں 3 ملی جول تک پہنچیں، اور ان کی طیفی چوڑائی 10 سے 30 eV تھی۔

دورانیہ طیف سے اخذ کیا جاتا ہے: 18 eV چوڑی نبض زیادہ سے زیادہ تقریباً 100 ایٹو سیکنڈ کے برابر ہوتی ہے۔ چوڑائی کو توانائی کے مقابل گراف پر رکھنے سے پتا چلتا ہے کہ ایک چوٹی والے 57% واقعات اس مثالی مفروضے کے تحت 10 ٹیرا واٹ چوٹی کی طاقت والی لکیر سے اوپر ہیں، اور 6% تو ایک مایوس کن مفروضے کے تحت بھی۔

ہر نقطہ ایک چوٹی والی ایک ایکسرے نبض ہے۔ نقطہ دار منحنیوں سے اوپر کے نقطے 10 ٹیرا واٹ سے زیادہ چوٹی کی طاقت کو ظاہر کرتے ہیں۔ — شکل 4، Schneidmiller et al. (2026)، arXiv:2609.31534۔

ایک ایک کر کے منتخب

دورانیہ وقت میں براہِ راست نہیں ناپا جاتا: طیف سے روشنی کے فیز تک رسائی نہیں ملتی، اس لیے یہ اندازہ ایک معیاری ماڈل اور حالیہ پیمائشوں پر مبنی ہے جو دکھاتی ہیں کہ ایسی نبضیں اپنے کم سے کم ممکنہ دورانیے کے قریب ہوتی ہیں۔ ہر شاٹ دوسرے سے کافی مختلف بھی ہوتا ہے۔ لیکن European XFEL فی سیکنڈ دسیوں ہزار نبضیں تک فراہم کرتا ہے، اور ہر نبض کی توانائی اور طیف اسے تباہ کیے بغیر ریکارڈ کیے جا سکتے ہیں۔ صارفین صرف سب سے مختصر اور شدید ترین چمکیں رکھ سکیں گے — مصنفین لکھتے ہیں کہ یہ اپنی حدوں تک دھکیلے گئے الیکٹرانوں کو دیکھنے کا ایک نیا دور ہے۔