صحیح روشنی ڈالیں، اور تقریباً کوئی الیکٹران باہر نہیں آتا

جب روشنی مادے سے ٹکراتی ہے تو الیکٹران الگ کر سکتی ہے: جیسے ہی کوئی فوٹون الیکٹران کو باندھنے والی توانائی سے زیادہ توانائی لاتا ہے، الیکٹران نکل سکتا ہے، اور اس دہلیز سے اوپر حاصل (yield) عموماً صفر سے زیادہ رہتا ہے۔ تاہم چھ دہائیوں سے بھی پہلے جے ڈبلیو کوپر (J. W. Cooper) نے پیش گوئی کی تھی کہ بعض توانائیوں پر یہ حاصل دب سکتا ہے۔ اس گراوٹ کو اب کوپر منیمم (Cooper minimum) کہا جاتا ہے۔

ایک گراوٹ جو کبھی صفر تک نہیں پہنچتی

فرار ہونے والے الیکٹران کو ایک لہر کے طور پر بیان کیا جاتا ہے، اور اس کے فرار کا امکان اس پر منحصر ہے کہ یہ باہر جانے والی لہر اس مدارچے (orbital) سے کتنی منطبق ہوتی ہے جہاں سے وہ چلتا ہے۔ یہ انطباق مثبت اور منفی ٹکڑوں کو جمع کرتا ہے۔ رخصت ہونے والے الیکٹران کی ایک خاص رفتار پر کل مجموعے کی علامت بدل جاتی ہے — اور راستے میں وہ صفر سے گزرتا ہے۔

ایٹموں سے باہر کوپر منیمم صرف چند نظاموں میں دیکھے گئے ہیں، جو سب اب بھی کافی حد تک ایٹم جیسے ہیں، اور وہاں حاصل صرف کم ہوتا ہے۔ الیکٹران کئی راستوں سے نکلتا ہے، جنہیں جزوی لہریں (partial waves) کہتے ہیں، اور اس کا امکان بہت کم ہے کہ وہ سب ایک ہی توانائی پر صفر کو پار کریں۔

ایک استثنا ہے۔ کسی ایٹم کے s مدارچے میں موجود الیکٹران، جو بالکل گول ہوتا ہے، روشنی کے جذب ہونے کے اصولوں کی وجہ سے صرف ایک راستے سے نکل سکتا ہے، ایک “p لہر” (p-wave)۔ ایک راستہ، ایک مجموعہ: جب وہ صفر کو پار کرتا ہے تو کچھ بھی باہر نہیں آتا۔ مصنفین کے مطابق یہ “صفر فوٹو اخراج” (zero photoemission) ایٹموں میں بھی انتہائی نایاب ہے اور ان کے باہر کبھی رپورٹ نہیں ہوا تھا۔

13 ایٹموں سے بنا ایک ایٹم

کیوشو یونیورسٹی کے یوتا سوزوکی، مامورو تاناکا، اکیرا تیراساکی اور تاکویا ہوریو (Yuta Suzuki, Mamoru Tanaka, Akira Terasaki, Takuya Horio) نے، ہوکائیدو کی ہیلتھ سائنسز یونیورسٹی کے یوشی-اچی سوزوکی (Yoshi-ichi Suzuki) کے ساتھ، جان بوجھ کر ایسا ہی ایک گول مدارچہ ایک سپر ایٹم کے اندر بنایا: ایٹموں کا ایک جھرمٹ جو ایک واحد ایٹم کی نقل کرتا ہے۔ اس کے الیکٹران 1S، 1P، 1D، 2S نامی خولوں کو بھرتے ہیں، عام ایٹموں کے 1s، 2s، 2p کی مشابہت سے۔

ان کا امیدوار Ag12W⁻ تھا: چاندی کے بارہ ایٹم جو ایک بیس رخی (icosahedral) پنجرہ بناتے ہیں — جو کسی محدود جھرمٹ کی سب سے زیادہ متشاکل ترتیب ہو سکتی ہے — ٹنگسٹن کے ایک ایٹم کے گرد، ایک اضافی الیکٹران کے ساتھ۔ گروپ پہلے یہ دریافت کر چکا تھا کہ وینیڈیم، نائیوبیم یا ٹینٹلم کے گرد بنے ایسے پنجروں کے خول مکمل طور پر بھرے ہوتے ہیں۔ ٹنگسٹن، جو دوری جدول کے اگلے کالم سے ہے، ایک اور الیکٹران کا اضافہ کرتا ہے۔ وہ 2S خول میں اکیلا ہوتا ہے: گول، کسی ایٹم کے s مدارچے کی طرح، لیکن پورے جھرمٹ پر پھیلا ہوا۔

حسابات نے تصدیق کی کہ بیس رخی شکل سب سے مستحکم ہے۔ Ag12W⁻ سے کھینچے گئے الیکٹران توانائی کی ایک واحد تیز چوٹی بناتے ہیں، جو آلے کی تفریقی صلاحیت (resolution) کے قریب ہے: الیکٹران کے نکلنے پر پنجرہ بمشکل ہی اپنی ترتیب بدلتا ہے (اگر اس کی شکل بدلتی تو توانائی کا کچھ حصہ اسے ہلانے میں صرف ہوتا، اور چوٹی پھیل جاتی)۔ ان کا نمونہ حیرت انگیز طور پر چاندی کے ایک اکیلے آئن، Ag⁻، جیسا لگتا ہے، جس کا بیرونی الیکٹران ایک گول s مدارچے میں ہوتا ہے۔

پچپن تصویریں، اور ایک خلا

ٹیم نے جھرمٹ ایک گیس میں بنائے، انہیں کمیت کے لحاظ سے چھانٹا اور ان پر ایک قابلِ تبدیل توانائی والا (tunable) لیزر داغا، اور فرار ہونے والے الیکٹرانوں کو ایک کیمرے پر پکڑا۔ انہوں نے 55 تصویریں ریکارڈ کیں، جن میں فوٹون کی توانائی 1.46 الیکٹران وولٹ (اکیلے ذرات کے لیے موزوں توانائی کی ایک اکائی)، یعنی علیحدگی کی دہلیز، سے 4.00 تک تھی۔

لیزر کی توانائی بڑھنے کے ساتھ Ag12W⁻ سے فرار ہوتے الیکٹران: حلقہ تقریباً 2.11 اور 2.48 eV کے درمیان مدھم ہو کر غائب ہو جاتا ہے، پھر لوٹ آتا ہے۔ پہلی دو قطاروں میں سے ہر ایک کا اپنا چمک کا پیمانہ ہے؛ نیچے کی قطاریں ایک تیسرا پیمانہ بانٹتی ہیں۔ — شکل 3، Suzuki et al. (2026)، arXiv:2610.32031۔

جیسے جیسے توانائی بڑھتی ہے، الیکٹرانوں کا ایک حلقہ بڑا ہوتا جاتا ہے۔ پھر 2.11 سے 2.48 الیکٹران وولٹ تک وہ تقریباً نظروں سے اوجھل ہو جاتا ہے۔ ایک آزاد تجربہ، جو گنتا ہے کہ ایک آئن ٹریپ میں کتنے جھرمٹ لیزر سے بچ نکلتے ہیں، متفق ہے: 2.0 اور 2.5 الیکٹران وولٹ کے درمیان علیحدگی تقریباً صفر ہو جاتی ہے۔ یہ خلا تقریباً 2.3 الیکٹران وولٹ پر مرکوز ہے، جہاں فرار ہونے والا الیکٹران تقریباً 0.85 الیکٹران وولٹ حرکی توانائی لے جاتا (2.3 میں سے اسے الگ کرنے پر خرچ ہونے والے 1.46 منفی)۔

دو آدھے جو ایک دوسرے کو منسوخ کرتے ہیں

مصنفین نے عمل کے مرکز میں موجود انطباق کا حساب لگایا: جھرمٹ کا مدارچہ، ضرب باہر جانے والی لہر، ضرب مرکز سے فاصلے کا مکعب۔ 0.85 الیکٹران وولٹ پر اس حاصلِ ضرب کے مثبت اور منفی حصے “بالکل ٹھیک ایک دوسرے کو منسوخ کر دیتے ہیں، اور تکمل صفر آتا ہے”۔

اصول، جو اصل جھرمٹ کے بجائے ایک مثالی کرے پر دکھایا گیا ہے: الیکٹران کی ایک توانائی پر (اس سادہ ماڈل میں 1.87 eV) انطباق کے مثبت (سرخ) اور منفی (نیلے) حصے ایک دوسرے کو منسوخ کر دیتے ہیں، اور اخراج غائب ہو جاتا ہے۔ — شکل 1، Suzuki et al. (2026)، arXiv:2610.32031۔

دوسرا سراغ وہ سمت ہے جس میں الیکٹران اڑ کر نکلتے ہیں، جسے ایک عدد β میں سمیٹا جاتا ہے، جو 0 ہوتا ہے جب الیکٹران تمام سمتوں میں یکساں نکلیں اور 2 جب وہ زیادہ تر اس سمت میں نکلیں جس میں لیزر کی روشنی کا برقی میدان ارتعاش کرتا ہے۔ یہ تقریباً 2.7 الیکٹران وولٹ پر اور 3.3 سے 4.0 تک 2 تک پہنچتا ہے، جو کسی ایٹم کے لیے متوقع حد ہے؛ سوڈیم کا ایک کم متشاکل جھرمٹ، Na19⁻، 1.7 یا اس سے نیچے رہتا ہے۔ خلا میں β تقریباً صفر تک گر جاتا ہے: مرکزی راستہ خاموش ہونے پر ایک انتہائی کمزور لہر جو عموماً چھپی رہتی ہے، اور جو بیس رخی شکل کا نشان ہے، غالب آ جاتی ہے۔

مولیبڈینم والا جڑواں

نقلوں نے اشارہ دیا کہ ایسی منسوخیاں تقریباً کروی جھرمٹوں میں عام ہو سکتی ہیں۔ ٹیم نے اسے Ag12Mo⁻ سے آزمایا، جس میں مولیبڈینم اتنے ہی الیکٹرانوں کے ساتھ ٹنگسٹن کی جگہ لیتا ہے۔ پھر ایک واحد تیز چوٹی؛ پھر تقریباً 2.1 الیکٹران وولٹ پر ایک تقریباً مکمل خلا — ایک بار پھر دہلیز سے تقریباً 0.87 الیکٹران وولٹ اوپر۔ چونکہ سپر ایٹموں کے حجم اور ترکیب کو حسبِ منشا بدلا جا سکتا ہے، اس لیے مصنفین کو فوٹو اخراج کو فعال طور پر قابو کرنے کی ایک راہ دکھائی دیتی ہے۔

ڈیٹا کے مطابق ڈھالا گیا ایک بار

نظریے کی کچھ حدود ہیں جو مصنفین خود واضح کرتے ہیں۔ قطعی مدارچے کا حساب بہت مہنگا تھا، اس لیے انہوں نے ایک تخمینہ استعمال کیا۔ ایک سادہ باہر جانے والی لہر ڈیٹا سے میل نہیں کھاتی تھی؛ اس کے بجائے رخصت ہونے والے الیکٹران کو یوں ماڈل کیا گیا ہے جیسے وہ جھرمٹ کی طرف سے ایک کمزور واپسی کشش محسوس کرتا ہو، یعنی +0.37 بنیادی بار (elementary charges؛ الیکٹران کے بار کی مقدار، مثبت علامت کے ساتھ) کا ایک مؤثر بار، جسے ڈیٹا پر فٹ کرنے کے لیے ترتیب دیا گیا — ایک ایسا طریقہ جسے وہ مظہری (phenomenological) کہتے ہیں۔ اور Ag12Mo⁻ کو کمیت کے لحاظ سے Ag13⁻ جھرمٹوں سے پوری طرح الگ نہیں کیا جا سکا، اس لیے اس کا طیف صرف 2.81 الیکٹران وولٹ تک صاف ہے۔