لیبارٹری کی میز پر دس لاکھ ایٹماسفیئر

ایک میگابار کا دباؤ — 100 گیگا پاسکل، یعنی فضائی دباؤ کا تقریباً دس لاکھ گنا — مادے کے اصول نئے سرے سے لکھ دیتا ہے۔ یہ غیر موصل مادوں کو دھاتوں میں، بے ترتیب ٹھوس مادوں کو قلموں (crystals) میں، اور فعال مادوں کو غیر فعال مادوں میں بدل سکتا ہے۔ نمونوں کو ہیرے کی سندانوں (diamond anvils) کے درمیان آہستہ آہستہ دبانا کسی ایک یونیورسٹی لیبارٹری کی پہنچ میں ہے۔ شاک ویوز کے ذریعے میگابار تک پہنچنا الگ معاملہ ہے: اس کا انحصار زیادہ تر کلو جول درجے کے لیزرز یا گولے داغنے والی گیس گنز پر ہوتا ہے، جو قومی لیبارٹریوں اور بڑی تنصیبات میں ہوتی ہیں اور فی گھنٹہ، یا فی دن، صرف چند شاٹس کر پاتی ہیں۔

روشنی کے حلقے جو شاک کو مرکوز کرتے ہیں

میساچوسٹس انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی میں کیتھ نیلسن کے گروپ نے، آرمی ریسرچ لیبارٹری، رین یونیورسٹی، یونیورسٹی آف میساچوسٹس ایمہرسٹ اور لارنس لیورمور نیشنل لیبارٹری کے ساتھیوں کے ساتھ، ایک معروف ترکیب سے آغاز کیا۔ لیزر کی ایک نبض کو ایکزیکون (axicon)، یعنی مخروطی شکل کے منشور، کے ذریعے حلقے کی شکل دی جائے اور اسے چند دسیوں مائیکرون موٹی مائع کی تہہ پر مرکوز کیا جائے۔ روشن حلقہ بخارات بن کر اڑتا ہے اور ایک شاک ویو پیدا کرتا ہے جو مرکز کی طرف سمٹتی ہے۔ جیسے جیسے وہ چھوٹے سے چھوٹے حجم میں سکڑتی ہے، اس کا دباؤ تیزی سے بڑھتا ہے۔ اکیلے اس طریقے سے دسیوں گیگا پاسکل تک دباؤ حاصل ہوا تھا۔

نیا خیال یہ ہے کہ کئی حلقے، ایک کے بعد ایک داغے جائیں: پہلے سب سے چوڑا، پھر چھوٹے، چند نینو سیکنڈ کے وقفے سے۔ حلقوں کے سائز اور وقفے اس طرح طے کیے جاتے ہیں کہ ہر نیا حلقہ عین اس جگہ روشن ہو جہاں سے سمٹتی شاک ویو گزر رہی ہو — یہ “رفتار کی مطابقت” کی شرط ہے۔ یوں ہر حلقہ نئی شاک ویو چھوڑنے کے بجائے اسی شاک کے محاذ کو اپنا دھکا دیتا ہے۔

ایک لیزر سے چار نبضیں

ایک ہی لیزر (1,064 نینو میٹر، 200 پیکو سیکنڈ کی نبضیں، زیادہ سے زیادہ 100 ملی جول) کو چار نبضوں میں تقسیم کیا جاتا ہے جن میں ہر ایک تقریباً 10 نینو سیکنڈ مؤخر ہوتی ہے، اور ہر نبض اپنے الگ ایکزیکون جوڑے سے گزرتی ہے۔ نمونے پر حلقوں کے نصف قطر 169، 134، 105 اور 75 مائیکرو میٹر ہیں؛ ان کے درمیان ناپے گئے وقفے 11.1، 10.7 اور 9.2 نینو سیکنڈ تھے۔ ہدف 25 مائیکرو میٹر موٹی پانی کی تہہ ہے جسے 5% تجارتی سیاہ روشنائی (کاربن کے نینو ذرات) سے گہرا کیا گیا ہے، اور جو نیلم (sapphire) کی دو کھڑکیوں کے درمیان دبی ہوئی ہے۔

ایک اسٹریک کیمرا مرکز سے گزرنے والی ایک لکیر پر شاک کا پیچھا کرتا ہے۔ ایک حلقے کے ساتھ شاک تقریباً 62 نینو سیکنڈ میں فوکس تک پہنچتی ہے۔ ہر اضافی حلقے کے ساتھ آخری تقریباً 160 مائیکرو میٹر کا سفر مختصر ہوتا جاتا ہے: شاک تیز چل رہی ہے، یعنی زیادہ طاقتور ہے۔ یہ نظام تقریباً ایک شاٹ فی منٹ داغتا تھا، جس کی حد نمونے کو ہاتھ سے سرکانا تھی؛ تقریباً 1,000 کارآمد شاٹس لیے گئے۔

400 گیگا پاسکل — حساب سے، ابھی ناپے نہیں گئے

دباؤ خود نہیں ناپا گیا۔ ٹیم نے انہی حلقوں کے سائز اور وقفوں کے ساتھ ہائیڈرو ڈائنامک نقلیں چلائیں اور صرف ایک پیرامیٹر — ہر حلقے کی عملاً منتقل کی گئی توانائی — کو اس وقت تک بدلا جب تک نقل شدہ شاک کا راستہ ناپے گئے راستے سے نہ مل گیا۔ بہترین مطابقت فی حلقہ تقریباً 2 ملی جول پر ملی، جبکہ آنے والی توانائی 4.5 تھی۔ پھر نقل فوکس کے قریب کے حالات بتاتی ہے: مرکز سے 1 مائیکرو میٹر پر 400 گیگا پاسکل سے زیادہ، 4 گرام فی مکعب سینٹی میٹر کی کثافت اور تقریباً 5,700 کیلون۔

فائدہ محض جمع سے زیادہ ہے۔ نقلوں میں، اگر چاروں حلقے الگ الگ داغے جائیں تو ان کے زیادہ سے زیادہ دباؤ کا مجموعہ صرف 280 گیگا پاسکل بنتا ہے؛ ترتیب سے داغے جائیں تو تقریباً 420 تک پہنچتے ہیں۔ مصنفین حلقوں کی تعداد کے مقابلے میں زیادہ سے زیادہ دباؤ کو ایک مظہری (phenomenological) خم، P = a·exp(N/b) + c، سے ظاہر کرتے ہیں اور زور دیتے ہیں کہ یہ جانچے گئے چھوٹے دائرے کی ایک وضاحت ہے، کوئی عالمگیر قانون نہیں۔

ایک عجیب بات کی وضاحت اب تک نہیں ہوئی۔ شاک کے پہنچنے سے پہلے، لیزر داغنے کے تقریباً 30 نینو سیکنڈ بعد، نمونے کا مرکز تاریک ہو جاتا ہے — یہ رفتار نیلم میں رےلے لہروں (Rayleigh waves) سے میل کھاتی ہے۔ اس کی وجہ مستقبل کے کام پر چھوڑ دی گئی ہے۔

باریک شرائط

مصنفین خود حدود واضح کرتے ہیں۔ میگابار کا دعویٰ نقل پر مبنی ہے، دباؤ کی براہ راست تشخیص پر نہیں۔ پانی اور نیلم کے لیے استعمال کی گئی حالت کی مساواتیں (equations of state) لیورمور کی اندرونی رپورٹوں سے لی گئی ہیں، عوامی ہم مرتبہ جائزہ شدہ ذرائع سے نہیں، اس لیے دباؤ کے مطلق پیمانے کی آزادانہ جانچ نہیں ہو سکتی۔ مطابقت میں ایک آزاد پیرامیٹر اور سب سے طاقتور شاٹ استعمال ہوا، اور نقلیں کامل دائروی تشاکل فرض کرتی ہیں؛ ٹیم کا اندازہ ہے کہ اصل فوکل نقطہ 5 مائیکرو میٹر سے چھوٹا ہے، اور نقل مرکز سے 5 مائیکرو میٹر پر بھی میگابار کا دباؤ دیتی ہے۔

اگلا قدم فوکس کو براہ راست ناپنا ہے، مثلاً ایکس ریز سے جو نمونے کی کثافت ظاہر کرتی ہیں۔ مصنفین بڑھنے کی گنجائش بھی دیکھتے ہیں: زیادہ حلقے، زیادہ توانائی، حلقوں کے درمیان اس توانائی کی زیادہ سمجھ دار تقسیم — اور حلقوں کا وقت جان بوجھ کر بے ترتیب کر کے نرم شاکس کا ایک سلسلہ، جو مادے کو کم گرم کرتے ہوئے دبا سکے۔