सेलिम शहरियार
नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी, इवान्स्टन
भौतिकी में प्रगति काफी हद तक नए सिद्धांतों के विकास और सत्यापन से प्रेरित है जो प्रकृति की विभिन्न मूलभूत शक्तियों को एकीकृत करते हैं। उदाहरण के लिए, मैक्सवेल ने बिजली और चुंबकत्व के अपने एकीकृत सिद्धांत के साथ भौतिकी में क्रांति ला दी, और कण भौतिकी का मानक मॉडल गुरुत्वाकर्षण को छोड़कर सभी मूलभूत बलों (विद्युत चुम्बकीय, मजबूत और कमजोर) का लगातार विवरण प्रदान करता है। एकीकरण की खोज को पूरा करने में प्रमुख बाधा यह है कि सामान्य सापेक्षता (जीआर), गुरुत्वाकर्षण का वर्तमान सिद्धांत, क्यूएम के साथ मेल नहीं खा सकता है। क्वांटम ग्रेविटी (टीक्यूजी) के सिद्धांत, जो अभी तक परीक्षण नहीं किए गए हैं, जीआर और क्यूएम दोनों में इस तरह से संशोधन निर्धारित करते हैं जो उन्हें एक-दूसरे के अनुरूप बनाते हैं। टीक्यूजी के परीक्षण यकीनन ब्रह्मांड की हमारी समझ के सामने सबसे बड़ी चुनौती का प्रतिनिधित्व करते हैं। टीक्यूजी का परीक्षण करने का सबसे आशाजनक तरीका समतुल्यता सिद्धांत (ईपी) के उल्लंघन की खोज करना है, जो जीआर का एक मौलिक सिद्धांत है जो बताता है कि सभी वस्तुएं गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में समान त्वरण का अनुभव करती हैं। ईपी का उल्लंघन एक गैर-शून्य ईओटवोस पैरामीटर, एटा की विशेषता है, जिसे गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में विभिन्न जड़त्वीय द्रव्यमान वाले दो वस्तुओं द्वारा अनुभव किए गए औसत त्वरण के सापेक्ष त्वरण के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है। Eta <10^(-18) के स्तर पर EP उल्लंघन TQG के कई संस्करणों (उदाहरण के लिए, स्ट्रिंग सिद्धांत) में उत्पन्न होते हैं। ईपी का अब तक का सबसे सटीक परीक्षण अंतरिक्ष-जनित माइक्रोस्कोप प्रयोग के तहत किया गया है, जिसमें शास्त्रीय एक्सेलेरोमीटर का उपयोग किया गया है, जिससे एटा का मान <1.5×10^(-15) तक सीमित हो गया है। हम एक मौलिक नई विधि के उपयोग की जांच करने का प्रस्ताव करते हैं जो अंतरिक्ष-जनित प्लेटफॉर्म का उपयोग करके ईटीए ~ 10^(-20) के स्तर पर अत्यधिक सटीकता के साथ ईपी का परीक्षण करने के लिए क्वांटम उलझाव का लाभ उठाता है। इस विधि का वर्णन हमारे एक हालिया पेपर (पीआरडी 108, 024011, '23) में किया गया है। यह आरबी के दो आइसोटोप के साथ एक साथ श्रोएडिंगर कैट (एससी) राज्य परमाणु इंटरफेरोमीटर (एआई) का उपयोग करता है। एन = 10 ^ 6 परमाणुओं से युक्त, एससी राज्य, जो एक ऑप्टिकल गुहा में ठंडे परमाणुओं के स्पिन-निचोड़ने के माध्यम से उत्पन्न एक अधिकतम उलझा हुआ क्वांटम राज्य है, दो सामूहिक राज्यों के सुपरपोजिशन में एक कण के रूप में कार्य करता है, जो संवेदनशीलता को बढ़ाता है। ~root(N)=10^3 के कारक द्वारा। ऐसे बड़े-एन एससी राज्यों को बनाना मुश्किल है और अभी तक देखा नहीं गया है, सटीक मेट्रोलॉजी के लिए लाभ उठाना तो दूर की बात है। एक अन्य हालिया पेपर में, हमने ऐसी स्थिति बनाने की चुनौतियों पर काबू पाने के लिए एक नए प्रोटोकॉल, अर्थात् सामान्यीकृत इको स्क्वीजिंग प्रोटोकॉल (जीईएसपी) का वर्णन किया है (पीआरए 107, 032610, '23)। हम Eta ~ 10^(-20) के स्तर पर ईपी का परीक्षण करने में सक्षम अनुवर्ती अंतरिक्ष-जनित मिशन को सक्षम करने के लिए परीक्षण में इस पद्धति की कार्यक्षमता का प्रदर्शन करेंगे। यदि ईपी उल्लंघन देखा जाता है, तो टीक्यूजी का वह संस्करण जो परिणाम से सबसे अधिक सहमत है, ब्रह्मांड को नियंत्रित करने वाले एक संपूर्ण सिद्धांत की नींव तैयार करेगा, जिसमें इसका जन्म भी शामिल है: बिग बैंग। एक शून्य परिणाम भौतिकविदों को जीआर और क्यूएम की असंगति को संबोधित करने के लिए एक पूरी तरह से नए दृष्टिकोण की कल्पना करने के लिए मजबूर करेगा, जो सैद्धांतिक भौतिकी के पाठ्यक्रम को मौलिक रूप से बदल देगा। कोई भी परिणाम प्रकृति को समझने की हमारी खोज में सबसे महान विकासों में से एक का प्रतिनिधित्व करेगा। एससी-स्टेट एआई (एससीएआई), एक साथ एक्सेलेरोमेट्री और रोटेशन सेंसिंग के लिए कॉन्फ़िगर किए जाने पर गुरुत्वाकर्षण कार्टोग्राफी और जड़त्वीय नेविगेशन की सटीकता में क्रांतिकारी सुधार का वादा भी करता है। ऐसे सेंसर की संवेदनशीलता, एक सेकंड के औसत समय के लिए, एक्सेलेरोमेट्री के लिए ~0.9 फेमटो-जी, और रोटेशन सेंसिंग के लिए ~0.5 पिको-डिग्री/घंटा होगी। यह सर्वोत्तम पारंपरिक एक्सेलेरोमीटर की तुलना में ~10^5 के कारक और सर्वोत्तम पारंपरिक जाइरोस्कोप की तुलना में ~10^4 के कारक के सुधार का प्रतिनिधित्व करेगा। इस प्रकार, SCAI को रक्षा के साथ-साथ गैर-रक्षा क्षेत्रों में व्यापक उपयोग मिलेगा, जिसमें जड़त्वीय नेविगेशन के लिए गहरे अंतरिक्ष अन्वेषण भी शामिल है। एक अंतरिक्ष-जनित SCAI GRACE-FO उपग्रहों का उपयोग करके हासिल किए गए रिज़ॉल्यूशन से कहीं अधिक रिज़ॉल्यूशन के साथ गुरुत्वाकर्षण कार्टोग्राफी करने में सक्षम होगा।