चीन के अंतरिक्ष स्टेशन ने परमाणुओं को 9.7 पिकोकेल्विन तक ठंडा किया, यह नया रिकॉर्ड है

चीन के तियानगोंग अंतरिक्ष स्टेशन पर रुबिडियम परमाणुओं के एक बादल को परम शून्य से एक डिग्री के सौ अरबवें हिस्से से भी कम ऊपर तक ठंडा किया गया है, परमाणुओं की गैस के लिए अब तक दर्ज किया गया सबसे कम तापमान। यह पृथ्वी या कक्षा में कहीं भी पहले हासिल किए गए सर्वोत्तम परिणाम से लगभग चार गुना अधिक ठंडा है।

इस रिकॉर्ड का महत्व केवल आंकड़े में नहीं, बल्कि उस क्षमता में है जो यह उपलब्ध कराता है। इतनी ठंड में परमाणु इतने धीमे अलग होते हैं कि टीम उन्हें मुक्त करने के बाद सात सेकंड तक बादल का अवलोकन कर सकी, इतना लंबा समय कि गुरुत्वाकर्षण, क्वांटम व्यवहार और संभवतः डार्क मैटर की जांच ऐसी सटीकता से की जा सके, जिसे कोई भी स्थलीय प्रयोगशाला हासिल नहीं कर सकती।

इन परमाणुओं ने बोस-आइंस्टाइन कंडेन्सेट बनाया, पदार्थ की ऐसी अवस्था जिसमें हजारों परमाणु अपनी अलग पहचान खोकर एकल क्वांटम तरंग की तरह व्यवहार करते हैं। पेकिंग विश्वविद्यालय, शंघाई इंस्टीट्यूट ऑफ ऑप्टिक्स एंड फाइन मैकेनिक्स और चीनी विज्ञान अकादमी के अंतरिक्ष उपयोग प्रौद्योगिकी एवं अभियांत्रिकी केंद्र के शोधकर्ताओं ने स्टेशन के मेंगतियान प्रयोगशाला मॉड्यूल में मौजूद कोल्ड-एटम फिजिक्स रैक पर यह प्रयोग किया और इसके नतीजे जर्नल साइंस में प्रकाशित किए।

इस बादल में रुबिडियम-87 के 20,000 परमाणु थे। इसका समतुल्य तापमान 9.7 पिकोकेल्विन निकला, जबकि अनिश्चितता की सीमा 7.0 से 12.9 पिकोकेल्विन तक थी। ऐसे तंत्र के लिए पिछला न्यूनतम आंकड़ा 38 पिकोकेल्विन था, और अंतरराष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर नासा की कोल्ड एटम लैब 52 पिकोकेल्विन तक पहुंचा था।

दस टन की प्रयोगशाला को स्टेशन रैक में कैसे समेटा गया

परमाणुओं को ठंडा करने का अर्थ है उनकी गति धीमी करना। टीम ने परस्पर काटती लेजर किरणों से रुबिडियम को फंसाया; इस व्यवस्था को ऑप्टिकल डाइपोल ट्रैप कहा जाता है। फिर उसने लेजर की शक्ति को चरणबद्ध ढंग से घटाया, ताकि सबसे अधिक ऊर्जा वाले परमाणु बाहर निकल सकें। यह वाष्पीकरणीय शीतलन है, वही सिद्धांत, जिससे सबसे गर्म अणु भाप बनकर निकलते हैं और कॉफी का कप ठंडा होता है।

सूक्ष्म गुरुत्वाकर्षण में यह तरकीब कम प्रभावी होती है, क्योंकि परमाणु अब ट्रैप के उस निचले हिस्से की ओर नहीं बैठते जहां बाहर निकलने का रास्ता होता है। शोधकर्ताओं ने वाष्पीकरण को दिशा देने और कंडेनसेट प्राप्त करने के लिए एक कमजोर चुंबकीय प्रवणता जोड़ी। इसके बाद अंतिम चरण में ट्रैप का अचानक, गैर-एडियाबैटिक विस्तार किया गया, जिसने परमाणुओं को और धीमा कर दिया।

इस तरह के हर दूसरे रिकॉर्ड में एटम चिप्स पर बने चुंबकीय ट्रैप का इस्तेमाल हुआ था। कक्षा में लेजर चलाना अधिक कठिन है, लेकिन वे चुंबकीय हस्तक्षेप के प्रति कम संवेदनशील होते हैं, प्रकाशीय पहुंच के लिए अधिक जगह छोड़ते हैं और उन परमाणुओं को भी रोक सकते हैं जो चुंबकीय क्षेत्रों से प्रभावित नहीं होते। शिन्हुआ के अनुसार, शंघाई संस्थान के शोधकर्ता ली तांग ने कहा, “इंजीनियरिंग की चुनौती सख्त एयरोस्पेस आवश्यकताओं के तहत अनेक अत्याधुनिक प्रौद्योगिकियों को एक जगह समेटना थी।”

प्रयोग का स्थलीय संस्करण करीब 20 घन मीटर जगह घेरता है और उसका वजन लगभग 10 टन है। उड़ान वाला रैक 0.7 घन मीटर जगह और आधा टन वजन लेता है; इसमें अल्ट्रा-हाई वैक्यूम प्रणाली, उच्च-शक्ति फाइबर लेजर और आवृत्ति-स्थिर प्रकाशिकी कड़ी बिजली सीमाओं के भीतर स्वचालित रूप से संचालित होती हैं।

गहरे अंतरिक्ष से सैकड़ों अरब गुना अधिक ठंडा

परम शून्य, यानी शून्य से 273.15 डिग्री सेल्सियस नीचे, वह बिंदु है जहां परमाणुओं की गति पूरी तरह रुक जाएगी। खाली अंतरिक्ष भी इतना ठंडा नहीं है: बिग बैंग की धुंधली पश्च-दीप्ति उसे परम शून्य से लगभग 2.7 डिग्री ऊपर बनाए रखती है। केल्विन पैमाने पर मापें तो तियानगोंग का बादल उससे लगभग 280 अरब गुना अधिक ठंडा था।

पिछला सर्वश्रेष्ठ, 38 पिकोकेल्विन, एक जर्मन टीम ने ब्रेमेन ड्रॉप टावर में एटम-चिप प्रयोग को नीचे गिराकर हासिल किया था, जिससे कुछ सेकंड का भारहीन वातावरण मिला। ड्रॉप टावरों की ऊंचाई सीमित होती है। कक्षा में मौजूद स्टेशन लगातार मुक्त पतन की अवस्था में रहता है, इसलिए प्रयोग तब तक चलता रह सकता है जब तक परमाणु सुसंगत बने रहें।

अवलोकन समय के मामले में अंतर सबसे अधिक चौड़ा होता है। टीम के अनुसार, स्थलीय प्रयोग किसी मुक्त किए गए बादल को उसके दृष्टि से ओझल होने से पहले करीब 0.05 सेकंड तक देख सकते हैं, अंतरराष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन लगभग एक सेकंड का समय देता है, जबकि चीनी स्टेशन अब सात सेकंड तक पहुंच गया है। MIT के भौतिकविद और बोस-आइंस्टाइन कंडेन्सेट बनाने के लिए नोबेल पुरस्कार साझा करने वाले वोल्फगांग केटरले ने चीन के CGTN से कहा, “पृथ्वी पर यह करीब 250 मीटर नीचे गिर जाएगा, इसलिए यदि आपके पास 250 मीटर ऊंचा वैक्यूम चैंबर न हो, तो यह वास्तव में जमीन से टकरा जाएगा।”

समतुल्य तापमान का अर्थ क्या है और क्या नहीं

9.7 पिकोकेल्विन कोई थर्मामीटर रीडिंग नहीं है। शोधकर्ता इसे इस आधार पर अनुमानित करते हैं कि मुक्त होने के बाद बादल कितनी धीमी गति से फैलता है, और फिर उस विस्तार की गति को उस तापमान में बदलते हैं जिस पर गैस इतनी धीमी चलती। यह आंकड़ा केवल परमाणुओं का वर्णन करता है: शोधकर्ता स्पष्ट करते हैं कि उपकरण और उसके आसपास का वातावरण कभी भी उस तापमान के करीब नहीं पहुंचा।

त्रुटि-सीमा काफी चौड़ी है, दोनों ओर लगभग 30 प्रतिशत, और यह परिणाम केवल एक ही सुविधा से आया है तथा स्वतंत्र रूप से अभी दोहराया नहीं गया है। पुराने रिकॉर्डों से तुलना में तरीकों का मिश्रण भी शामिल है: ड्रॉप टावर, चुंबकीय चिप्स और अब लेजर ट्रैप अपने आंकड़ों तक अलग-अलग ट्रैपिंग तथा अंतिम शीतलन विधियों से पहुंचते हैं, इसलिए यह अंतर एक संकेतक है, कोई सटीक रैंकिंग नहीं।

बादल भी छोटा है। बीस हजार परमाणु एक साफ कंडेनसेट के लिए पर्याप्त हैं, लेकिन सटीक उपकरणों की संवेदनशीलता बड़े नमूनों से बढ़ती है। क्या यह प्रणाली नियमित आधार पर अधिक परमाणु और लंबी सुसंगति, दोनों दे सकती है, यही खुला इंजीनियरिंग प्रश्न है।

रिकॉर्ड से अधिक महत्वपूर्ण क्यों हैं सात सेकंड

एक एटम इंटरफेरोमीटर प्रत्येक परमाणु की क्वांटम तरंग को दो रास्तों में बांटता है और फिर उन्हें दोबारा मिलाता है, जिससे त्वरण के बेहद छोटे अंतर मापे जा सकने वाले संकेत में बदल जाते हैं। इसकी संवेदनशीलता उस समय के वर्ग के साथ बढ़ती है, जो परमाणु इसके भीतर बिताते हैं। CGTN द्वारा प्रकाशित टिप्पणियों में लाइबनिज़ यूनिवर्सिटी हैनोवर के भौतिकविद एर्न्स्ट रासेल ने कहा, “एटम इंटरफेरोमीटरों को अल्ट्राकोल्ड एन्सेंबल में बड़ी संख्या में परमाणु उपलब्ध कराने वाले स्रोतों और लंबे अवलोकन समय से अत्यधिक लाभ मिलता है।”

ऐसे उपकरण कक्षा से पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र का मानचित्र बना सकते हैं और यह जांच सकते हैं कि अलग-अलग संरचना वाली वस्तुएं सचमुच एक ही दर से गिरती हैं या नहीं, यह आइंस्टीन की सापेक्षता का एक आधारस्तंभ है। लेजर ट्रैपों को ऑप्टिकल लैटिस में भी ढाला जा सकता है, यानी प्रकाश की ऐसी जालियों में जो परमाणुओं को क्रिस्टल की तरह थामती हैं और भौतिकविदों को उन पदार्थों का अनुकरण करने देती हैं जिनका प्रत्यक्ष अध्ययन कठिन है। शिन्हुआ के अनुसार, पेकिंग विश्वविद्यालय के शियोंग वेई, जो शोधपत्र के सह-प्रथम लेखक हैं, ने कहा, “जितनी देर हम अवलोकन कर सकते हैं, उतनी ही अधिक संभावना है कि हमें नई और अधिक क्षीण भौतिक घटनाएं मिलेंगी।”

अब तक दर्ज सबसे कम तापमान के बारे में आम सवाल

अब तक दर्ज किया गया सबसे कम तापमान क्या है?

परमाणुओं की गैस के लिए अब तक रिपोर्ट किया गया सबसे कम समतुल्य तापमान 9.7 पिकोकेल्विन है, जो चीन के तियानगोंग अंतरिक्ष स्टेशन पर हासिल किया गया। यानी यह परम शून्य से केवल 0.0000000000097 डिग्री ऊपर है। पिछला रिकॉर्ड 38 पिकोकेल्विन था।

बोस-आइंस्टाइन कंडेन्सेट क्या है?

यह पदार्थ की एक अवस्था है, जो तब बनती है जब कुछ खास प्रकार के परमाणुओं की गैस को परम शून्य के बेहद निकट ठंडा किया जाता है। परमाणु एक ही क्वांटम अवस्था में पहुंच जाते हैं और एक तरंग की तरह काम करते हैं, जिससे क्वांटम प्रभाव इतने बड़े पैमाने पर दिखाई देने लगते हैं कि उनका चित्र लिया जा सके।

ठंडे परमाणुओं के प्रयोग अंतरिक्ष में बेहतर क्यों काम करते हैं?

पृथ्वी पर गुरुत्वाकर्षण परमाणुओं को कमजोर ट्रैपों से बाहर खींच लेता है और मुक्त किया गया बादल एक सेकंड के अंश भर में गिर जाता है। कक्षा में परमाणु तैरते रहते हैं, इसलिए ट्रैप को अधिक कोमल बनाया जा सकता है, जो उन्हें और ठंडा करता है, तथा बादल को कई सेकंड तक देखा जा सकता है।

क्या कोई चीज परम शून्य तक पहुंच सकती है?

नहीं। ऊष्मागतिकी के नियम ठीक शून्य केल्विन तक पहुंचने से रोकते हैं, इसलिए प्रयोग केवल उसके लगातार अधिक निकट जा सकते हैं। नीचे की ओर हर अगला कदम अधिक कठिन होता जाता है; यही कारण है कि 38 से 10 पिकोकेल्विन से नीचे जाना एक बड़ी छलांग माना जाता है।

बाहरी टीमों के लिए खुली कक्षीय प्रयोगशाला

कोल्ड-एटम रैक मेंगतियान मॉड्यूल के साथ 2022 में ऊपर भेजा गया था, उस परियोजना के बाद जिसकी पहली व्यवहार्यता अध्ययन 2011 में शुरू हुए थे; रिकॉर्ड साइंस में 5 नवंबर, 2026 को ऑनलाइन प्रकाशित हुआ। रासेल अगले कदम के रूप में कक्षा में ऐसे इंटरफेरोमीटर देखते हैं जो परमाणुओं को कई सेकंड तक सुसंगत रूप से विभाजित रख सकें। चीन के मानवयुक्त अंतरिक्ष कार्यक्रम की अंतरिक्ष अनुप्रयोग प्रणाली के मुख्य डिजाइनर ल्यू त्सोंगमिन ने कहा कि यह रैक दुनिया भर के उन वैज्ञानिकों के लिए खुला है जो इस पर अपने प्रयोग चलाना चाहते हैं।

संदर्भ: Xiong et al., “Quantum gases below 10 picokelvin in space,” Science, 2026. DOI: 10.1126/science.aea5324

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