عجیب دھاتوں سے ملو: جہاں بجلی الیکٹران کے بغیر بہہ سکتی ہے | کوانٹا میگزین

ایک سال کی آزمائش اور غلطی کے بعد، لیانگ چن نے ایک دھاتی تار کو ایک خوردبینی تار کی نصف چوڑائی میں تبدیل کر دیا تھا۔ ای کولی بیکٹیریم - صرف اتنا پتلا ہے کہ برقی کرنٹ کو گزرنے دیتا ہے۔ اس موجودہ طاقت کے قطرے، چن نے امید ظاہر کی، ایک مستقل اسرار کو حل کرنے میں مدد کرتے ہیں کہ چارج کیسے عجیب دھاتوں کے نام سے جانا جاتا مواد کی ایک حیران کن طبقے سے گزرتا ہے۔

چن، اس وقت کے ایک گریجویٹ طالب علم، اور رائس یونیورسٹی میں اس کے ساتھیوں نے دھات کے اپنے ایٹموں کے ذریعے بہنے والے کرنٹ کی پیمائش کی۔ اور انہوں نے پایا کہ یہ ہموار اور یکساں طور پر بہتا ہے۔ اتنے یکساں طور پر، حقیقت میں، کہ اس نے طبیعیات دانوں کے دھاتوں میں بجلی کے معیاری تصور کی نفی کی۔

اصولی طور پر، برقی رو کا نتیجہ الیکٹرانوں کی اجتماعی حرکت سے نکلتا ہے، ہر ایک میں برقی چارج کا ایک ناقابل تقسیم حصہ ہوتا ہے۔ لیکن چن کے کرنٹ کی مردہ ثابت قدمی نے یہ ظاہر کیا کہ یہ بالکل بھی اکائیوں سے نہیں بنی تھی۔ یہ ایک ایسے مائع کو تلاش کرنے جیسا تھا جس میں کسی نہ کسی طرح انفرادی طور پر پہچانے جانے والے مالیکیولز کی کمی تھی۔

اگرچہ یہ عجیب لگ سکتا ہے، لیکن یہ بالکل وہی ہے جو کچھ طبیعیات دان اس دھات سے توقع کرتے ہیں جس کا گروپ نے تجربہ کیا تھا، جس نے اس کے غیر معمولی رشتہ داروں کے ساتھ 1980 کی دہائی سے طبیعیات دانوں کو دھوکہ دیا اور حیران کردیا ہے۔ "یہ ایک بہت ہی خوبصورت کام ہے،" نے کہا سبیر سچدیوہارورڈ یونیورسٹی کے ایک نظریاتی طبیعیات دان جو عجیب دھاتوں میں مہارت رکھتے ہیں۔

مشاہدہ، گزشتہ ہفتے کی رپورٹ جرنل میں سائنس، ابھی تک سب سے زیادہ سیدھی اشارے میں سے ایک ہے کہ جو کچھ بھی ان غیر معمولی دھاتوں کے ذریعے کرنٹ لے جاتا ہے وہ الیکٹران کی طرح نظر نہیں آتا ہے۔ نیا تجربہ ان شبہات کو تقویت دیتا ہے کہ عجیب دھاتوں کے اندر ایک نیا کوانٹم رجحان پیدا ہو رہا ہے۔ یہ نظریاتی طبیعیات دانوں کے لیے نئی گرسٹ بھی فراہم کرتا ہے جو یہ سمجھنے کی کوشش کرتے ہیں کہ یہ کیا ہو سکتا ہے۔ 

"عجیب دھاتیں، کسی کو زمینی اندازہ نہیں ہے کہ وہ کہاں سے آ رہے ہیں،" کہا پیٹر ابامونٹے, الینوائے یونیورسٹی میں ایک ماہر طبیعیات، Urbana-Champaign۔ "اسے ایک تکلیف سمجھا جاتا تھا، لیکن اب ہمیں احساس ہے کہ یہ واقعی ان چیزوں میں رہنے والے مادے کا ایک مختلف مرحلہ ہے۔"

ایک کپریٹ رنچ

دھاتوں کی روایتی تفہیم کے لیے پہلا چیلنج 1986 میں آیا، جب Georg Bednorz اور Karl Alex Müller نے اعلی درجہ حرارت والے سپر کنڈکٹرز کی دریافت کے ساتھ طبیعیات کی دنیا کو ہلا کر رکھ دیا - ایسے مواد جو نسبتاً گرم درجہ حرارت میں بھی برقی رو کو مکمل طور پر لے جاتے ہیں۔ ٹن اور مرکری جیسی مانوس دھاتیں صرف اس وقت سپر کنڈکٹر بنتی ہیں جب مطلق صفر کے چند ڈگری کے اندر ٹھنڈا کیا جاتا ہے۔ Bednorz اور Müller نے تانبے پر مبنی ("cuprate") مواد میں برقی مزاحمت کی پیمائش کی اور دیکھا کہ یہ نسبتاً 35 کیلونز پر غائب ہو گیا۔ (ان کی پیش رفت کی دریافت کے لئے، Bednorz اور Müller نے صرف ایک سال بعد نوبل انعام جیتا تھا۔)

طبیعیات دانوں نے جلد ہی محسوس کیا کہ اعلی درجہ حرارت کی سپر کنڈکٹیویٹی کپریٹس کے پراسرار رویے کی صرف شروعات تھی۔

کپریٹس واقعی عجیب ہو گئے جب انہوں نے سپر کنڈکٹنگ بند کر دی اور مزاحمت شروع کر دی۔ جیسے جیسے تمام دھاتیں گرم ہوتی ہیں، مزاحمت بڑھ جاتی ہے۔ گرم درجہ حرارت کا مطلب ہے کہ ایٹم اور الیکٹران زیادہ ہلچل مچاتے ہیں، جس سے زیادہ مزاحمت پیدا کرنے والے تصادم پیدا ہوتے ہیں کیونکہ الیکٹران مواد کے ذریعے کرنٹ کو شٹل کرتے ہیں۔ عام دھاتوں میں، جیسے کہ نکل، کم درجہ حرارت پر مزاحمت چوکنا بڑھ جاتی ہے — پہلے آہستہ آہستہ اور پھر تیز اور تیز۔ لیکن کپریٹس میں، یہ لکیری طور پر بڑھتا ہے: گرمی کی ہر ڈگری مزاحمت میں یکساں اضافہ لاتی ہے - ایک عجیب و غریب نمونہ جو سینکڑوں ڈگری تک جاری رہا اور عجیب و غریب ہونے کے لحاظ سے، مواد کی سپر کنڈکٹنگ کی صلاحیت کو چھا گیا۔ کپریٹس سب سے عجیب دھاتیں تھیں جو محققین نے کبھی نہیں دیکھی تھیں۔

"Superconductivity ایک ماؤس ہے،" نے کہا آندرے چوبوکوف، مینیسوٹا یونیورسٹی میں ایک نظریاتی طبیعیات دان۔ "ہاتھی … یہ عجیب دھاتی سلوک ہے۔"

مزاحمت میں لکیری اضافے نے اس بات کی ایک مشہور وضاحت کو دھمکی دی کہ برقی چارج دھاتوں کے ذریعے کیسے حرکت کرتا ہے۔ 1956 میں تجویز کردہ، Lev Landau کی "Fermi liquid" تھیوری نے الیکٹران کو اس سب کے مرکز میں رکھا۔ اس نے پہلے کے نظریات پر بنایا تھا کہ، سادگی کے لیے، فرض کیا گیا تھا کہ الیکٹران برقی کرنٹ لے جاتے ہیں، اور یہ کہ الیکٹران گیس کی طرح دھات کے ذریعے حرکت کرتے ہیں۔ وہ ایک دوسرے کے ساتھ بات چیت کیے بغیر ایٹموں کے درمیان آزادانہ طور پر اڑتے ہیں۔

لینڈو نے اس اہم لیکن پیچیدہ حقیقت کو سنبھالنے کا ایک طریقہ شامل کیا کہ الیکٹران تعامل کرتے ہیں۔ ان پر منفی چارج کیا جاتا ہے، جس کا مطلب ہے کہ وہ ایک دوسرے کو مسلسل پیچھے ہٹاتے ہیں۔ ذرات کے درمیان اس تعامل پر غور کرتے ہوئے الیکٹران گیس کو سمندر کی کسی چیز میں تبدیل کر دیا - اب، جب ایک الیکٹران الیکٹران کے سیال سے گزرتا ہے، تو اس نے قریبی الیکٹرانوں کو پریشان کر دیا۔ باہمی رجعت پر مشتمل تعاملات کی ایک پیچیدہ سیریز کے ذریعے، یہ اب آہستہ سے تعامل کرنے والے الیکٹران ہجوم میں سفر کرتے ہوئے ختم ہو گئے - جھنڈوں میں جنہیں quasiparticles کہا جاتا ہے۔

فرمی مائع تھیوری کا معجزہ یہ تھا کہ ہر ایک کواسی پارٹیکل تقریباً بالکل ایسے ہی برتاؤ کرتا تھا جیسے یہ ایک واحد، بنیادی الیکٹران ہو۔ ایک بڑا فرق، اگرچہ، یہ تھا کہ یہ بلاب ایک ننگے الیکٹران کے مقابلے میں زیادہ سست یا زیادہ نفاست سے حرکت کرتے ہیں، مؤثر طریقے سے بھاری یا ہلکے کام کرتے ہیں۔ اب، صرف ان کی مساوات میں بڑے پیمانے پر اصطلاحات کو ایڈجسٹ کرنے سے، طبیعیات دان کرنٹ کو الیکٹران کی حرکت کے طور پر ماننا جاری رکھ سکتے ہیں، صرف ایک ستارے کے ساتھ جو یہ بتاتا ہے کہ ہر الیکٹران واقعی ایک quasiparticle clump تھا۔

لینڈاؤ کے فریم ورک کی ایک بڑی کامیابی یہ تھی کہ عام دھاتوں میں، اس نے اس پیچیدہ طریقے کو کیل لگا دیا جس میں درجہ حرارت کے ساتھ مزاحمت چوکور طور پر بڑھ جاتی ہے۔ الیکٹران نما quasiparticles دھاتوں کو سمجھنے کا معیاری طریقہ بن گئے۔ "یہ ہر درسی کتاب میں ہے،" سچدیو نے کہا۔

لیکن کپریٹس میں، لینڈاؤ کا نظریہ ڈرامائی طور پر ناکام ہوا۔ مزاحمت معیاری چوکور وکر کے بجائے ایک بے عیب لائن میں بڑھی۔ طبیعیات دانوں نے طویل عرصے سے اس لکیر کی اس علامت کے طور پر تشریح کی ہے کہ کپریٹس ایک نئے جسمانی رجحان کا گھر ہیں۔

"آپ کو کافی حد تک یقین کرنا ہوگا کہ فطرت یا تو آپ کو کوئی اشارہ دے رہی ہے یا فطرت ناقابل یقین حد تک ظالم ہے،" کہا۔ گریگوری بوئبنجرفلوریڈا اسٹیٹ یونیورسٹی میں ایک ماہر طبیعیات جس نے اپنے کیریئر کا بیشتر حصہ کپریٹس کے لکیری ردعمل کا مطالعہ کرنے میں صرف کیا ہے۔ "اس قدر سادہ اور دلفریب دستخط کرنا اور اسے جسمانی طور پر اہم نہ رکھنا بہت زیادہ برداشت کرنا ہوگا۔"

اور کپریٹس صرف شروعات تھیں۔ محققین نے اس کے بعد سے دریافت کیا ہے۔ مختلف مواد کی میزبانی ایک ہی دلکش لکیری مزاحمت کے ساتھ، بشمول نامیاتی "بیچگارڈ نمکیات" اور گرافین کی غلط خطوط شدہ شیٹس۔ جیسے جیسے یہ "عجیب دھاتیں" پھیلتی گئیں، سائنسدانوں نے حیرت کا اظہار کیا کہ کیوں لینڈاؤ کی فرمی فلوئڈ تھیوری ان تمام مختلف مادوں میں ٹوٹتی ہوئی نظر آتی ہے۔ کچھ لوگوں کو شبہ ہوا کہ ایسا اس لیے ہوا کہ وہاں کوئی quasiparticles بالکل نہیں تھے۔ الیکٹران کسی نہ کسی طرح اپنے آپ کو ایک عجیب نئے انداز میں منظم کر رہے تھے جس نے کسی بھی انفرادیت کو دھندلا دیا، بالکل اسی طرح جیسے انگور کی مجرد فطرت شراب کی بوتل میں گم ہو جاتی ہے۔

"یہ معاملہ کا ایک مرحلہ ہے جہاں ایک الیکٹران کی واقعی کوئی شناخت نہیں ہے،" Abbamonte نے کہا۔ "تاہم، [ایک عجیب دھات] ایک دھات ہے؛ یہ کسی نہ کسی طرح کرنٹ لے جاتا ہے۔"

لیکن کوئی صرف الیکٹران کو ختم نہیں کرتا ہے۔ کچھ سائنس دانوں کے نزدیک ایک ممکنہ طور پر مسلسل برقی رو - جو الیکٹران میں تقسیم نہیں ہوتا ہے - بہت ریڈیکل ہے۔ اور کچھ عجیب دھاتی تجربات لانڈاؤ کے نظریہ کی کچھ پیشین گوئیوں سے ملنا جاری رکھیں۔ مسلسل تنازعہ نے چن کے تھیسس ایڈوائزر کو حوصلہ دیا، ڈگلس نیٹلسن رائس یونیورسٹی کے، اپنے ساتھی کے ساتھ Qimiao Si، اس بات پر غور کرنے کے لئے کہ وہ ایک عجیب دھات کے ذریعے حرکت کرنے والے چارج کی اناٹومی کو کس طرح براہ راست جانچ سکتے ہیں۔

"میں کیا پیمائش کرسکتا ہوں جو مجھے بتائے گا کہ کیا ہو رہا ہے؟" نیٹلسن نے حیرت سے پوچھا۔

بجلی کی اناٹومی

ٹیم کا ہدف ایک عجیب دھات میں کرنٹ کو الگ کرنا تھا۔ کیا یہ چارج کے الیکٹران سائز کے ٹکڑوں میں آیا؟ کیا یہ بالکل ٹکڑوں میں آیا؟ یہ جاننے کے لیے، انھوں نے بہاؤ میں اتار چڑھاؤ کی پیمائش کرنے کے ایک کلاسک طریقے سے تحریک لی — "شارٹ نوائز" — ایک ایسا رجحان جسے سمجھا جا سکتا ہے اگر ہم ان طریقوں کے بارے میں سوچیں جن سے بارش کے طوفان کے دوران بارش ہو سکتی ہے۔

تصور کریں کہ آپ اپنی کار میں بیٹھے ہیں، اور آپ کو موسم کی ایک قابل اعتماد پیشن گوئی سے معلوم ہے کہ اگلے گھنٹے میں 5 ملی میٹر بارش ہو گی۔ وہ 5 ملی میٹر کل برقی رو کی طرح ہیں۔ اگر اس بارش کو مٹھی بھر دیوہیکل قطروں میں تقسیم کر دیا جائے، تو جب وہ قطرے آپ کی چھت سے ٹکرائیں گے تو اس میں فرق زیادہ ہو گا۔ کبھی کبھی قطرے پیچھے پیچھے چھڑکتے ہیں، اور دوسرے اوقات میں ان کو الگ کر دیا جاتا ہے۔ اس صورت میں، شاٹ شور زیادہ ہے. لیکن اگر وہی 5 ملی میٹر بارش چھوٹی چھوٹی بوندوں کی مستقل دھند میں پھیل جاتی ہے، تو آمد کے وقت میں فرق - اور اس وجہ سے شاٹ شور - کم ہوگا۔ دھند لمحہ بہ لمحہ تقریباً اتنی ہی مقدار میں پانی فراہم کرے گی۔ اس طرح، شاٹ شور قطروں کے سائز کو ظاہر کرتا ہے۔

نیٹلسن نے کہا، "صرف اس شرح کی پیمائش کرنا جس پر پانی ظاہر ہوتا ہے، آپ کو پوری تصویر نہیں بتاتی۔" " [اس شرح میں] اتار چڑھاؤ کی پیمائش آپ کو بہت کچھ بتاتی ہے۔"

اسی طرح، برقی رو میں شگاف کو سننا آپ کو چارج کے ان حصوں کے بارے میں بتا سکتا ہے جو اسے بناتے ہیں۔ وہ ٹکڑے عموماً لینڈاؤ کے الیکٹران نما کواسی پارٹیکلز ہوتے ہیں۔ درحقیقت، ایک عام دھات میں شاٹ شور کو ریکارڈ کرنا الیکٹران کے بنیادی چارج کی پیمائش کا ایک عام طریقہ ہے - 1.6 × 10^19- کولمبس

ایک عجیب دھات کے کرنٹ کے دل تک پہنچنے کے لیے، ٹیم شاٹ شور کی پیمائش کرنا چاہتی تھی۔ لیکن الیکٹرانک شاٹ شور کو غیر واضح کیا جاسکتا ہے اگر الیکٹرانوں کو دھات کی جوہری جالی میں لہروں کے ذریعہ دھکیل دیا جائے۔ اس دھندلا پن سے بچنے کے لیے، محققین تاروں کے ذریعے کرنٹ اتنا مختصر بھیجتے ہیں کہ لہروں کے پاس الیکٹران پر اثر انداز ہونے کا وقت نہیں ہوتا۔ ان تاروں کو پیمانے میں نینوسکوپک ہونے کی ضرورت ہے۔

گروپ نے یٹربیئم، روڈیم اور سلکان سے بنی ایک خاص عجیب دھات کے ساتھ کام کرنے کا انتخاب کیا کیونکہ نیٹلسن اور سی کے دیرینہ ساتھی، سلکے بوہلر پاسچن ویانا یونیورسٹی آف ٹکنالوجی کے، صرف درجنوں نینو میٹر موٹی فلموں میں مواد کو کیسے بڑھایا جائے اس پر کام کیا تھا۔ اس نے ایک مقامی جہت کا خیال رکھا۔

اس کے بعد یہ کام کرنے کے لئے چن کے پاس پڑا کہ ان فلموں کو کیسے لیا جائے اور لمبائی اور چوڑائی میں محض نینو میٹر کی پیمائش کرنے والی تار تراشی جائے۔

تقریباً ایک سال کے دوران، چن نے دھات کو ایٹموں کے ساتھ مؤثر طریقے سے سینڈ بلاسٹنگ کرکے اسے نیچے اتارنے کے مختلف طریقوں کا تجربہ کیا۔ لیکن آزمائش کے بعد آزمائش میں، اس نے پایا کہ نتیجے میں نینوائرز کو ایٹمی پیمانے پر نقصان پہنچا جس نے عجیب دھات کی خصوصیت کی لکیری مزاحمت کو تباہ کر دیا۔ درجنوں کوششوں کے بعد، وہ ایک ایسے عمل پر اترا جس نے کام کیا: اس نے دھات کو کرومیم کے ساتھ چڑھایا، کرومیم سے محفوظ عجیب دھات کی ایک پتلی لکیر کے علاوہ باقی سب کو پھٹنے کے لیے آرگن گیس کا استعمال کیا، پھر غسل کے ساتھ کرومیم کو اتار دیا۔ ہائیڈروکلورک ایسڈ کی.

آخر میں، چن، جس نے موسم بہار میں کامیابی کے ساتھ ڈاکٹریٹ کی ڈگری حاصل کی اور اس کے بعد سے فنانس میں کام کرنے چلا گیا، مٹھی بھر تقریباً بے عیب نانوائرز تیار کیں۔ ہر ایک تقریباً 600 نینو میٹر لمبا اور 200 نینو میٹر چوڑا تھا - ایک سرخ خون کے خلیے سے تقریباً 50 گنا کم۔

ان کو ٹھنڈا کرنے کے بعد، سنگل ہندسہ کیلون درجہ حرارت پر، محققین نے عجیب دھاتی نینوائرز کے ذریعے برقی رو بہایا۔ وہ عام سونے سے بنے نانوائرز کے ذریعے بھی کرنٹ چلاتے تھے۔ سونے کے تار میں کرنٹ اس مانوس طریقے سے پھٹتا ہے جو چارج شدہ کواسی پارٹیکلز سے بنی کرنٹ کرتی ہے - جیسے کار کی چھت پر موٹی بارش کے قطرے چھڑکتے ہیں۔ لیکن عجیب دھات میں، کرنٹ خاموشی سے نانوائر کے ذریعے پھسلتا ہے، جو کہ تقریباً خاموش دھند کی سسکار کے مترادف ہے۔ تجربے کی سب سے سیدھی تشریح یہ ہے کہ اس عجیب دھات میں چارج الیکٹران کے سائز کے ٹکڑوں میں نہیں بہتا ہے۔

سی نے کہا، "تجرباتی اعداد و شمار اس بات کا مضبوط ثبوت فراہم کرتے ہیں کہ کواس پارٹیکلز عجیب دھات میں کھو گئے ہیں۔

تاہم، تمام طبیعیات دان مکمل طور پر اس بات پر قائل نہیں ہیں کہ تجربہ لینڈاؤ کے quasiparticles کو مار ڈالتا ہے۔ "یہ ایک بہت جرات مندانہ دعوی ہے،" کہا بریڈ رامشا، کارنیل یونیورسٹی میں ماہر طبیعیات۔ "لہذا آپ کو بولڈ ڈیٹا کی ضرورت ہے۔"

تجربے کی ایک حد یہ ہے کہ گروپ نے صرف ایک مواد کا تجربہ کیا۔ صرف اس وجہ سے کہ چن کے یٹربیئم، روڈیم اور سلیکون مرکب میں شاٹ شور کم ہے، یہ اس بات کی ضمانت نہیں دیتا کہ یہ دوسری عجیب دھاتوں میں کم ہے۔ اور اس مواد کے بارے میں کچھ ناقص سمجھی جانے والی تفصیل سے ہمیشہ ایک بار کی بے ضابطگی کو قرار دیا جا سکتا ہے۔

رامشا نے یہ بھی نشاندہی کی کہ دھاتیں ہر طرح کے ساتھ بجتی ہیں۔ عجیب وائبریشنز جو کرنٹ میں شاٹ شور کو بگاڑ سکتا ہے۔ چن اور اس کے ساتھیوں نے زیادہ عام کمپن سے مداخلت کو مسترد کر دیا، لیکن یہ ممکن ہے کہ کچھ غیر ملکی لہر ان کے نوٹس سے بچ جائے۔

بہر حال، رامشا کو تجربہ زبردست لگتا ہے۔ انہوں نے کہا کہ "لوگوں کے لیے یہ مضبوطی سے حوصلہ افزا ہے کہ وہ دوسری چیزیں کرنے کی کوشش کریں تاکہ یہ دیکھا جا سکے کہ آیا وہ الیکٹران کے بغیر بھی مطابقت رکھتے ہیں۔"

اگر الیکٹران نہیں تو پھر کیا؟

اگر quasiparticle تصویر ریزہ ریزہ ہوتی رہتی ہے، تو اسے کیا بدل سکتا ہے؟ کرنٹ کیسے عجیب دھاتوں کے گرد گھوم رہا ہے اگر چارج کے الیکٹران جیسے پارسل میں نہیں ہے؟ یہ بیان کرنا آسان نہیں ہے، ریاضی کی درست اصطلاحات میں بہت کم بیان کیا جائے۔ نیٹلسن نے کہا، "استعمال کرنے کے لیے صحیح الفاظ کیا ہے،" اگر آپ کواسی پارٹیکلز کے بارے میں بات نہیں کرنے جا رہے ہیں؟

جب دبایا جاتا ہے تو، طبیعیات دان اس سوال کا جواب استعاروں کے ترکش کے ساتھ دیتے ہیں کہ جب انفرادی الیکٹران غائب ہو جاتے ہیں تو کیا ظاہر ہوتا ہے: وہ ایک الجھے ہوئے کوانٹم سوپ میں مل جاتے ہیں۔ وہ ایک جیلی میں جمع ہوتے ہیں؛ وہ چاروں طرف ڈھلتی چارج کی جھنجھلاہٹ پیدا کرتے ہیں۔ فلپ فلپس Urbana-Champaign ایک عجیب دھات کے الیکٹران کو ٹائر میں موجود ربڑ سے تشبیہ دیتا ہے۔ جب ربڑ درخت سے نکلتا ہے تو اس کے مالیکیول انفرادی تاروں میں قطار میں کھڑے ہوتے ہیں۔ لیکن ولکنائزیشن کے عمل کے دوران، یہ تار ایک ناہموار جال میں تبدیل ہو جاتے ہیں۔ افراد کے مجموعہ سے ایک نیا مادہ نکلتا ہے۔ "آپ کو کچھ مل رہا ہے جو اس کے حصوں کے مجموعے سے بڑا ہے،" اس نے کہا۔ "الیکٹران کی خود کوئی سالمیت نہیں ہے۔"

ظہور کی مبہم وضاحتوں سے آگے جانے کے لیے، طبیعیات دانوں کو ایک قطعی ریاضیاتی وضاحت کی ضرورت ہے - عجیب دھاتوں کے لیے ابھی تک غیر دریافت شدہ فرمی فلوئڈ تھیوری۔ سچدیو نے 1990 کی دہائی کے اوائل میں ایک سادہ امیدوار، SYK ماڈل تیار کرنے میں مدد کی۔ اس کی لکیری مزاحمت درست ہے، لیکن اس کا ایٹموں کے حقیقی گرڈ سے بنے اصلی مواد سے کوئی تعلق نہیں تھا۔ ایک چیز کے لیے، اس میں کوئی جگہ نہیں تھی۔ تمام الیکٹران ایک نقطہ پر بیٹھتے ہیں جہاں وہ تصادفی طور پر تعامل کرتے ہیں اور دوسرے تمام الیکٹرانوں کے ساتھ الجھ جاتے ہیں۔

پچھلے دو سالوں میں سچدیو، اویشکر پٹیل Flatiron Institute کے، اور ان کے ساتھی کام کر رہے ہیں۔ SYK ماڈل میں جگہ لانا. وہ ایٹم جالی میں خامیوں کے اثرات پر غور کر کے پورے خلا میں الیکٹران کے تعامل کو پھیلاتے ہیں - وہ مقامات جہاں ایٹم غائب ہو گئے ہیں یا اضافی ایٹم ظاہر ہوئے ہیں۔ جوہری خامیوں کی یہ دھول اس بات میں بے ترتیب تغیرات کا باعث بنتی ہے کہ الیکٹران کے جوڑے کیسے آپس میں تعامل کرتے ہیں اور الجھ جاتے ہیں۔ الجھے ہوئے الیکٹرانوں کے نتیجے میں بننے والی ٹیپسٹری میں لکیری طور پر بڑھتی ہوئی مزاحمت ہوتی ہے - ایک عجیب دھات کی پہچان۔ انہوں نے حال ہی میں اپنا فریم ورک استعمال کیا۔ شاٹ شور کا حساب لگانے کے لیے اس کے ساتھ ساتھ. نمبر چن کے مشاہدات سے بالکل مماثل نہیں ہیں، لیکن وہ ایک ہی معیاری نمونہ بناتے ہیں۔ سچدیو نے کہا، ’’تمام رجحانات درست ہیں۔

دوسرے محققین اس بات پر زور دیتے ہیں کہ نظریاتی صورت حال رواں رہتی ہے - یہ کچھ لوگوں کے لیے واضح نہیں ہے کہ آیا مواد ایک دوسرے سے مختلف ہیں جیسا کہ گرافین اور کپریٹ سپر کنڈکٹرز کی چادروں میں مشترکہ عجیب و غریب دھات کی خصوصیات پیدا کرنے کے لیے خامیوں کی ایک جیسی کافی سلیٹ کا اشتراک کر سکتے ہیں۔ سچدیو اور پٹیل کے نظریہ کے لیے مطلوبہ طریقہ۔ اور متبادل نظریات بہت زیادہ ہیں۔ مثال کے طور پر فلپس کو شبہ ہے کہ عجیب دھاتیں طلب کرتی ہیں۔ برقی مقناطیسیت کی ایک ابھرتی ہوئی شکل جو پورے الیکٹران پر انحصار نہیں کرتا ہے۔ سی اور بوہلر پاسچن، اس دوران، تقریباً 20 سال گزار چکے ہیں۔ ترقی اور دریافت a نظریہ جب کوئی نظام "کوانٹم اہم نقطہجہاں دو مختلف کوانٹم مکینیکل ریاستیں اوپری ہاتھ کے لیے جدوجہد کرتی ہیں۔ شاٹ شور کے تجربے میں، وہ اپنے نانوائرز کو ایسے ہی نازک موڑ پر لے آئے۔

اگرچہ طبیعیات دان ابھی تک اس بات پر متفق نہیں ہیں کہ الیکٹرک چارجز کیوں عجیب دھاتوں کے اندر تحلیل ہوتے دکھائی دیتے ہیں، یا یہاں تک کہ اگر وہ واقعی تحلیل ہوتے ہیں، تو وہ یہ جاننے کے لیے پرعزم ہیں۔

"اگر ہم واقعی سوچتے ہیں کہ وہاں دھاتوں کی ایک پوری قسم ہے جسے ہم نہیں سمجھتے ہیں،" نیٹلسن نے کہا، "ان کو سمجھنا ضروری ہے۔"

ایڈیٹر کا نوٹ: فلیٹیرون انسٹی ٹیوٹ کو سائمنز فاؤنڈیشن کی طرف سے مالی اعانت فراہم کی جاتی ہے، جو اس ادارتی طور پر آزاد میگزین کو بھی فنڈ فراہم کرتی ہے۔ نہ تو Flatiron Institute اور نہ ہی Simons Foundation کا ہماری کوریج پر کوئی اثر ہے۔ مزید معلومات دستیاب ہیں۔ یہاں.

Quanta ہمارے سامعین کی بہتر خدمت کے لیے سروے کا ایک سلسلہ کر رہا ہے۔ ہماری لے لو فزکس ریڈر سروے اور آپ کو مفت جیتنے کے لیے داخل کیا جائے گا۔ Quanta پنی