টেবিল-টপ ফিজিক্স: বার্কলির আট ঘণ্টার রেকর্ড যেভাবে সহজলভ্য কণা ত্বরক যন্ত্রের যুগকে এগিয়ে নিয়ে আসছে

কণা ত্বরক যন্ত্র বা পার্টিকল এক্সিলারেটর দীর্ঘকাল ধরে কেবল বিশালাকার জাতীয় গবেষণাগারগুলোর একচেটিয়া অধিকার হয়ে ছিল। ইলেকট্রনকে প্রয়োজনীয় গতিতে ত্বরান্বিত করতে পদার্থবিজ্ঞানীদের মাইলের পর মাইল দীর্ঘ সুড়ঙ্গ এবং ছোট কোনো দেশের জিডিপি-র সমপরিমাণ বাজেটের প্রয়োজন হয়। কিন্তু পদার্থের রহস্য উন্মোচনের এই শক্তিশালী হাতিয়ারটি যদি সাধারণ কোনো বিশ্ববিদ্যালয় ল্যাবের ভেতরেই এঁটে যায়, তবে কেমন হবে?

বার্কলি ল্যাবরেটরির বেলা (BELLA) সেন্টারের বিশেষজ্ঞরা এই স্বপ্ন পূরণের পথে অনেকটাই এগিয়ে গিয়েছেন। তারা একটি লেজার-প্লাজমা এক্সিলারেটর (LPA) প্রদর্শন করেছেন, যা টানা আট ঘণ্টা ধরে স্থিতিশীলভাবে কাজ করেছে। এই প্রযুক্তির ক্ষেত্রে এই ফলাফল এক বিশাল অগ্রগতি। এর আগে এই ধরণের ব্যবস্থাগুলো খামখেয়ালি রেসিং কারের মতো ছিল: সেগুলো রেকর্ড পরিমাণ কর্মক্ষমতা দেখালেও প্রতি দশ-পনেরো মিনিট অন্তর বিকল হয়ে যেত অথবা হাতেকলমে পুনরায় ঠিক করার প্রয়োজন হতো।

এই দীর্ঘস্থায়িত্বের রহস্য কী? গবেষকরা এখানে একটি "অ্যাক্টিভ ফিডব্যাক" সিস্টেম বা সক্রিয় প্রতিক্রিয়া ব্যবস্থা ব্যবহার করেছেন। কম্পিউটার অ্যালগরিদম প্রতি সেকেন্ডে লেজার রশ্মি ও প্লাজমার অসংখ্য প্যারামিটার বিশ্লেষণ করে অতি সূক্ষ্ম সব সংশোধনী নিয়ে আসে। এটি একটি বৈজ্ঞানিক পরীক্ষাকে একটি নির্ভরযোগ্য যন্ত্রে রূপান্তরিত করেছে।

এটি আমাদের জন্য কেন গুরুত্বপূর্ণ? এ ধরণের এক্সিলারেটরের ওপর ভিত্তি করেই ফ্রি-ইলেক্ট্রন লেজার (FEL) কাজ করে। এগুলো অবিশ্বাস্য উজ্জ্বলতার এক্স-রে বিকিরণ তৈরি করে, যার মাধ্যমে রাসায়নিক বিক্রিয়ার সময় অণুর চলাচল কিংবা কোষে ভাইরাসের প্রবেশের দৃশ্য আক্ষরিক অর্থেই "সিনেমা"র মতো ধারণ করা সম্ভব হয়।

বর্তমানে এই ধরণের গবেষণার জন্য একজন বিজ্ঞানীকে এক বছর আগে আবেদন করতে হয় এবং মহাদেশের একমাত্র সিনক্রোট্রন ব্যবহারের জন্য পৃথিবীর অন্য প্রান্তে পাড়ি দিতে হয়। তবে অদূর ভবিষ্যতে—যা এখন আর সায়েন্স ফিকশন নয়—এ ধরণের রোগ নির্ণয় পদ্ধতি বড় বড় মেডিকেল সেন্টার বা হাই-টেক চিপ তৈরির কারখানায় সহজলভ্য হতে পারে।

আমরা কি এমন এক বিশ্বের জন্য প্রস্তুত, যেখানে মৌলিক পদার্থবিজ্ঞান আর আকাশছোঁয়া ব্যয়বহুল কোনো বিষয় থাকবে না, বরং তা প্রকৌশলীদের একটি ব্যবহারিক হাতিয়ারে পরিণত হবে? সম্ভবত এই রূপান্তর নতুন ওষুধ এবং উন্নত উপাদানের বিকাশের গতিকে আমাদের বর্তমান কল্পনার চেয়েও বহুগুণ বাড়িয়ে দেবে। এটি উচ্চতর বিজ্ঞানকে সবার জন্য উন্মুক্ত করার এক বিশেষ পথ।

উচ্চ-শক্তির পদার্থবিজ্ঞান আনুষ্ঠানিকভাবে বিশালাকার সুড়ঙ্গের গণ্ডি পেরিয়ে বাইরে বেরিয়ে এসেছে। বার্কলি ল্যাব লেজার এক্সিলারেটর (BELLA) সেন্টারের একটি গবেষণা দল প্রমাণ করেছে যে, একটি ছোট আকৃতির লেজার-প্লাজমা এক্সিলারেটর শিল্প-কারখানার যন্ত্রপাতির মতো নির্ভরযোগ্যভাবে কাজ করতে পারে। পরীক্ষার সময় যন্ত্রটি একটানা ৮ ঘণ্টা স্থিতিশীল বিকিরণ বজায় রাখতে সক্ষম হয়েছে, যা আগে পারিপার্শ্বিক সামান্যতম কম্পনের প্রতি প্লাজমা তরঙ্গের চরম সংবেদনশীলতার কারণে "টেবিল-টপ" সিস্টেমের জন্য শারীরিকভাবে অসম্ভব বলে মনে করা হতো।

এলএইচসি (LHC) বা এলসিএলএস-টু (LCLS-II)-এর মতো প্রথাগত কণা ত্বরক যন্ত্রগুলোর নির্মাণে শত শত কোটি ডলার খরচ হয় এবং এগুলো মাইলের পর মাইল জায়গা দখল করে থাকে। এলপিএ-এফইএল (LPA-FEL) প্রযুক্তি প্লাজমাতে "ওয়েকফিল্ড" বা পশ্চাৎ তরঙ্গ সৃষ্টির জন্য শক্তিশালী লেজার ব্যবহার করে, যার ওপর চড়ে ইলেকট্রনগুলো মাত্র কয়েক সেন্টিমিটার দূরত্বের মধ্যেই বিশাল শক্তি অর্জন করে। তবে আজ অবধি এই ব্যবস্থাগুলো ছিল অনেকটা খামখেয়ালি প্রোটোটাইপের মতো: সেগুলো শক্তিশালী স্পন্দন তৈরি করলেও তাপীয় প্রসারণ এবং অপটিক্যাল যন্ত্রপাতির ক্ষয়ের কারণে দ্রুত বিকল হয়ে যেত।

এটি কেন গুরুত্বপূর্ণ এবং কীভাবে এটি "টেবিল-টপ" এক্স-রে উৎসকে হাতের নাগালে নিয়ে আসবে

প্রথাগত সিনক্রোট্রন এবং এক্স-ফেল (XFEL বা এক্স-রে ফ্রি-ইলেক্ট্রন লেজার) হলো কয়েকশ মিটার থেকে কয়েক কিলোমিটার পর্যন্ত দীর্ঘ (যেমন ইউরোপীয় এক্স-ফেল ৩.৪ কিমি) বিশালাকার স্থাপনা। এগুলো নির্মাণে কোটি কোটি ডলার ব্যয় হয় এবং কেবল বড় বড় জাতীয় গবেষণা কেন্দ্রগুলোই এগুলো ব্যবহারের সুযোগ পায়।

লেজার-প্লাজমা এক্সিলারেটর এই ত্বরান্বিত করার ধাপটিকে কিলোমিটার থেকে মিলিমিটার-সেন্টিমিটারের পর্যায়ে নামিয়ে আনে। যদি ইলেকট্রনের শক্তি ৫০০ এমইভি (MeV) পর্যন্ত উন্নীত করা সম্ভব হয় (যা এই দলের পরবর্তী লক্ষ্য), তবে বিকিরণের তরঙ্গদৈর্ঘ্য ২০-৩০ ন্যানোমিটারে (হার্ড ইউভি / সফট এক্স-রে) নেমে আসবে। আর ভবিষ্যতে এর মাধ্যমে হার্ড এক্স-রে তৈরি করাও সম্ভব হতে পারে।

একটি কমপ্যাক্ট এলপিএ-এফইএল (LPA-FEL) হতে পারে অতি-স্বল্পস্থায়ী, উজ্জ্বল এবং সুসংগত এক্স-রে স্পন্দনের একটি "টেবিল-টপ" বা ছোট কামরার উপযোগী উৎস। এটি যেসব ক্ষেত্রে সুযোগ খুলে দেবে:

• বিশ্ববিদ্যালয় এবং ছোট গবেষণাগারগুলোতে (আণবিক স্তরের চলচিত্র তৈরি, রাসায়নিক বিক্রিয়ার গতিপ্রকৃতি পর্যবেক্ষণ, জীববিজ্ঞান এবং বস্তুবিজ্ঞানের গবেষণায়)।
• শিল্প-কারখানায় (সেমিকন্ডাক্টরের গুণমান নিয়ন্ত্রণ, ন্যানোপ্রযুক্তি)।
• চিকিৎসা বিজ্ঞান এবং নিরাপত্তায়।

অবশ্যই শক্তিশালী লেজারগুলো এখনও বেশ ব্যয়বহুল, তবে পুরো স্থাপনাটি বর্তমানের বিশালাকার যন্ত্রগুলোর তুলনায় বহুগুণ ছোট এবং সস্তা হবে। এলপিএ (LPA) বিদ্যমান বড় এক্স-ফেল (XFEL) গুলোর জন্য উচ্চ-মানের ইনজেক্টর হিসেবে কাজ করতে পারে, যা সেগুলোর কার্যকারিতা বহুগুণ বাড়িয়ে দেবে।

এটি "ল্যাবরেটরি টয়" বা পরীক্ষামূলক খেলনা থেকে প্রকৃত প্রযুক্তিতে রূপান্তরের এক অত্যন্ত তাৎপর্যপূর্ণ পদক্ষেপ। গবেষণা দলটি ইতিমধ্যেই স্থায়িত্ব এবং উজ্জ্বলতা আরও উন্নত করার জন্য তথ্য সংগ্রহ করছে। যদি পরবর্তী ধাপটি (৫০০ এমইভি এবং সফট এক্স-রে) একইভাবে সফল হয়, তবে শক্তিশালী আলোক উৎসের সহজলভ্যতার ক্ষেত্রে এটি একটি সত্যিকারের বিপ্লব ঘটাতে পারে।