वैज्ञानिकों ने टोपोलॉजिकल भौतिकी में ‘स्मोकिंग गन’ संकेतों पर पुनर्विचार करने का आग्रह किया

कल्पना कीजिए कि आप एक जासूस हैं जो किसी असाधारण चीज़ का सबूत ढूंढ रहे हैं। आपको एक ऐसा सटीक सुराग मिल जाता है, जो एक धुआंधार बंदूक जैसा दिखता है, जो आपके सिद्धांत को सिद्ध करता प्रतीत होता है। लेकिन क्या होगा अगर उस सुराग को किसी और सामान्य चीज़ से समझाया जा सके?

दुनिया भर के कई भौतिक विज्ञानी असामान्य इलेक्ट्रॉनिक गुणों वाली विशेष सामग्रियों को बनाने और पहचानने की कोशिश कर रहे हैं जिन्हें टोपोलॉजिकल सामग्री कहा जाता है। वे संभावित रूप से क्वांटम कंप्यूटिंग में क्रांति ला सकते हैं, लेकिन उन्हें खोजने के लिए प्रारंभिक परिणामों पर सवाल उठाने की इच्छा की भी आवश्यकता होती है जो सच होने के लिए बहुत अच्छे लगते हैं, तब भी जब करोड़ों डॉलर या महान शैक्षणिक प्रतिष्ठा दांव पर है।

इस क्षेत्र में पहले से ही कई हाई-प्रोफाइल मामले सामने आए हैं, जहां भौतिकविदों ने सनसनीखेज निष्कर्षों की घोषणा की है, लेकिन बाद में स्वतंत्र वैज्ञानिकों द्वारा उनके काम में गलतियां या यहां तक ​​कि धोखाधड़ी देखे जाने के बाद उन्हें वापस ले लिया गया। हाल ही में भौतिकशास्त्री रंगा डायस को पता चला मनगढ़ंत डेटा कमरे के तापमान वाले सुपरकंडक्टर का दावा करने के लिए। तब से उनके काम के कई हिस्से बदनाम हो चुके हैं।

इन और ऐसी अन्य घटनाओं ने समुदाय में प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता के बारे में व्यापक बातचीत को बढ़ावा दिया है, यह विचार कि वैज्ञानिकों को समान परिस्थितियों में दूसरों के प्रयोगों को दोहराने और समान परिणाम प्राप्त करने में सक्षम होना चाहिए।

गन्दी सामग्री

जब वैज्ञानिक बहुत छोटे पैमाने पर सामग्री का अध्ययन करते हैं, तो चीजें इस तरह से गड़बड़ हो सकती हैं जिसकी उन्हें उम्मीद नहीं होती। ये सामग्रियां ऐसे संकेत उत्पन्न कर सकती हैं जो दिखने में ऐसे विदेशी घटना जैसे लगते हैं जिन्हें वैज्ञानिक धूम्रपान बंदूक के रूप में खोज रहे हैं, लेकिन वास्तव में ये अधिक सामान्य प्रभावों के कारण होते हैं।

में एक नई समीक्षा के लेखक विज्ञान इसे ‘धूम्रपान बंदूक’ समस्या कहा है। वैज्ञानिक भविष्यवाणी करते हैं कि एक नाटकीय खोज कैसी दिखनी चाहिए, फिर उस पैटर्न की खोज करें। लेकिन परमाणु पैमाने पर, इतनी सारी चीज़ें घटित हो रही हैं कि वे गलती से ऐसे पैटर्न पा सकते हैं जो उनकी अपेक्षाओं से मेल खाते हैं, तब भी जब वे जिस विदेशी भौतिकी की तलाश कर रहे हैं वह वास्तव में वहां नहीं है।

यह समझने के लिए कि कैसे, टीम ने भ्रामक रोमांचक संकेतों के साथ चार प्रयोग किए। और उनके आधार पर उन्होंने शोधकर्ताओं से इस बारे में ईमानदार होने का आह्वान किया है कि वे कुछ खोजें कैसे करते हैं और वैकल्पिक स्पष्टीकरणों पर खुलकर चर्चा करें।

हालाँकि, भारतीय विज्ञान संस्थान में संघनित पदार्थ भौतिकी के प्रोफेसर विजय शेनॉय प्रत्यक्ष थे। उन्होंने बताया, “लेखक जिसे सर्वोत्तम प्रथाएं बताते हैं, वह मेरी राय में सिर्फ सामान्य ज्ञान है।” द हिंदू. “क्षेत्र में काम करने वाले अधिकांश लोग इन बिंदुओं को जानते हैं।”

उन्होंने यह भी कहा, ”प्रथम बनने की दौड़ [to claim an exciting finding] हंगामे का कारण है – और यह सब फैंसी पत्रिकाओं के संपादकों द्वारा भड़काया गया है। वास्तव में, अन्य जोखिमों के अलावा, जिनसे शोधकर्ता कभी-कभी अवगत होते हैं, कई अधिक ‘प्रतिष्ठित’ पत्रिकाएँ भी एक इतिहास है उम्मीद की सनसनीखेज परिणाम उनके द्वारा प्रकाशित अध्ययनों में।

सुपरकरंट को मजबूत करना

सुपरकंडक्टर एक ऐसी सामग्री है जो शून्य प्रतिरोध के साथ बिजली का संचालन करती है।

आम तौर पर, जब आप किसी सुपरकंडक्टर पर चुंबकीय क्षेत्र लागू करते हैं, तो यह सुपरकंडक्टिविटी को कमजोर कर देता है। लेकिन टीम के प्रयोग में, विपरीत हुआ: जैसे-जैसे शोधकर्ताओं ने चुंबकीय क्षेत्र की ताकत बढ़ाई, सुपरकरंट मजबूत हो गया। ऐसा प्रतीत होता है कि यह एक विदेशी प्रकार की अतिचालकता का प्रमाण है जिसे भौतिक विज्ञानी ट्रिपलेट पेयरिंग कहते हैं, जो टोपोलॉजिकल सामग्रियों से जुड़ा है।

पहले प्रयोग में टीम ने विशेष सामग्रियों से बने छोटे कनेक्शनों का अध्ययन किया।

जब उन्होंने विभिन्न वोल्टेज सेटिंग्स को देखा, तो शोधकर्ताओं ने पाया कि यह व्यवहार केवल एक विशिष्ट, संकीर्ण शासन में होता है। अधिकांश समय, चुंबकीय क्षेत्र ने अपेक्षा के अनुरूप सुपरकरंट को कम कर दिया। यह अजीब वृद्धि सुपरकंडक्टर और डिटेक्टर के बीच संबंधों में सांसारिक विशेषताओं के कारण हुई, न कि विदेशी भौतिकी के कारण।

2023 से एलके-99 कहानी वास्तविक दुनिया का उदाहरण प्रदान करता है। एक दक्षिण कोरियाई टीम ने कॉपर-डोप्ड लेड एपेटाइट नामक एक सामग्री खोजने का दावा किया है, जिसे बाद में एलके-99 नाम दिया गया, जो परिवेशीय परिस्थितियों में एक सुपरकंडक्टर था – एक इकाई जिसे प्रसिद्ध रूप से सामग्री विज्ञान की पवित्र कब्र कहा जाता है।

लेकिन जब स्वतंत्र शोधकर्ताओं ने सामग्री को संश्लेषित किया और जांच का दायरा बढ़ाया, तो उन्हें परिवेशीय परिस्थितियों में शून्य विद्युत प्रतिरोध का निश्चित प्रमाण नहीं मिला। इसके बाद, कई शोधकर्ताओं ने तर्क दिया कि एलके-99 में सुपरकंडक्टिविटी का जो सबूत दिखता है, वह प्रयोगशाला में संश्लेषित होने पर पेश की गई अशुद्धियों से उत्पन्न हो सकता है।

लहरदार पठार

दूसरा, टीम ने तलाश की मेजराना कणक्वांटम कण जो अपने स्वयं के प्रतिकण हैं (यदि यह अजीब लगता है, तो यह है)। ये कण अपने माप में ग्राफ़ पर शिखर के रूप में दिखाई देंगे। लेकिन उन्हें इससे भी बेहतर कुछ मिला: एक पठार, जहां सिग्नल कई स्थितियों में स्थिर रहता था। यह रोमांचक था क्योंकि क्षणभंगुर शिखर सामान्य प्रभावों के कारण हो सकते हैं जबकि एक स्थिर पठार एक सतत अंतर्निहित घटना का सुझाव देता है।

जब उन्होंने एक ही डिवाइस में अन्य सेटिंग्स की जांच की या अलग-अलग समय पर माप किया, तो उन्हें अलग-अलग ऊंचाई पर पठार मिले: कुछ अपेक्षा से अधिक, कुछ कम। इससे पता चला कि वे अपनी डिवाइस को किसी भी पठारी ऊंचाई के लिए ‘ट्यून’ कर सकते हैं जो वे चाहते हैं।

ऐसा इसलिए है क्योंकि पठार वास्तव में अनपेक्षित क्वांटम डॉट्स के कारण बने थे, छोटे क्षेत्र जहां इलेक्ट्रॉन उनके उपकरण में फंस जाते हैं – मेजराना कणों के कारण नहीं।

यहाँ एक वास्तविक दुनिया का उदाहरण भी है। 2017 में, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, लॉस एंजिल्स की एक शोध टीम ने एक ऐसी सामग्री का अध्ययन करते हुए एक रोमांचक परिणाम की सूचना दी, जो असामान्य तरीके से केवल अपने किनारों पर बिजली ले जा सकती है। उन्होंने इस सामग्री को एक सुपरकंडक्टर से जोड़ा और मापा कि डिवाइस के माध्यम से कितनी आसानी से विद्युत प्रवाह प्रवाहित होता है, और एक सपाट पठार देखा जहां सिग्नल सेटिंग्स की एक श्रृंखला पर लगभग स्थिर रहता था। कई लोगों ने सोचा कि यह मेजराना कणों से जुड़े एक विदेशी प्रकार के क्वांटम व्यवहार का संकेत हो सकता है।

लेकिन बाद में किए गए काम से पता चला कि इस तरह के उपकरणों में, अन्य कारकों के अलावा, जिस तरह से धातु के संपर्क सामग्री को छूते हैं, उससे कभी-कभी एक पठार उभर सकता है। और ये प्रभाव कुछ समय के लिए रीडिंग को एक फ्लैट मान में ‘फँसा’ सकते हैं, भले ही कोई मेजराना कण शामिल न हो।

सीढ़ी का भ्रम

रेडियो तरंगों से टकराने पर कुछ विद्युत सर्किट कैसे व्यवहार करते हैं, इसका अध्ययन करते समय, वैज्ञानिकों को एक सीढ़ी पैटर्न देखने की उम्मीद है, जिसे शापिरो चरण कहा जाता है: वोल्टेज बदलने पर करंट चरणों में बढ़ता है, लगातार नहीं। मेजराना कणों से जुड़े विदेशी आंशिक जोसेफसन प्रभाव के लिए, हर दूसरा चरण गायब हो जाना चाहिए, यानी आप केवल चरण 2, 4, 6 देखेंगे, लेकिन 1, 3, 5 नहीं। और यही उन्होंने देखा।

लेकिन विभिन्न सेटिंग्स और आवृत्तियों पर, पैटर्न बदल गया। कभी-कभी सम-संख्या वाली सीढ़ियाँ गायब हो जाती थीं। कभी-कभी अतिरिक्त चरण दिखाई देते थे। टीम को एहसास हुआ कि उपकरण वैसे भी टोपोलॉजिकल प्रभावों के लिए सही स्थिति में नहीं था। अन्य बातों के अलावा, इसके लिए एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र की आवश्यकता थी, जिसे लागू नहीं किया गया था।

गायब चरण संभवतः सर्किट में अन्य प्रभावों के कारण होते थे, जैसे हीटिंग या विद्युत शोर, न कि विदेशी भौतिकी के कारण। यह मंद प्रकाश में एक सीढ़ी को देखने जैसा है जहां हर दूसरी सीढ़ी छाया में है: ऐसा लग सकता है कि वे सीढ़ियां गायब हैं, लेकिन वे सामान्य परिस्थितियों से छिपी हुई हैं।

आंशिक आरोप

शोधकर्ताओं ने एक क्वांटम डॉट, एक छोटे कृत्रिम परमाणु का अध्ययन किया (इसके आविष्कारकों ने जीत हासिल की)। रसायन विज्ञान के लिए 2023 का नोबेल पुरस्कार). जैसे ही उन्होंने वोल्टेज को अलग-अलग किया, उन्हें एक नियमित पैटर्न देखने की उम्मीद थी क्योंकि इलेक्ट्रॉनों को एक-एक करके जोड़ा गया था। इसके बजाय, उन्होंने पैटर्न को अंशों द्वारा बदलाव देखा, खासकर लगभग 1/3 तक। इसका मतलब यह हो सकता है कि भिन्नात्मक आवेश वाले कण, जैसे इलेक्ट्रॉन के आवेश का 1/3 भाग, बिंदु में जोड़े जा रहे थे। आंशिक आरोप किसी का भी सबूत हो सकते हैं।

फ़्रैक्शनल चार्ज केवल बहुत विशिष्ट स्थितियों में ही प्रकट होने चाहिए, विशेष रूप से फ़्रैक्शनल क्वांटम हॉल प्रभाव नामक चीज़ में, जिसके लिए मजबूत चुंबकीय क्षेत्र की आवश्यकता होती है। लेकिन शोधकर्ताओं ने उनकी रीडिंग को बिना किसी चुंबकीय क्षेत्र के देखा।

वास्तविक व्याख्या सरल निकली: आस-पास ऐसे (अवांछनीय) क्षेत्र थे जो इलेक्ट्रॉनों को फँसा सकते थे। जब एक इलेक्ट्रॉन इन पास के जालों में से एक में कूद गया, तो इसने मुख्य क्वांटम डॉट के विद्युत वातावरण को बिल्कुल सही मात्रा में बदल दिया, जिससे ऐसा लगे कि एक आंशिक चार्ज जोड़ा गया था।

सभी चार मामलों में, प्रारंभिक डेटा आशाजनक लग रहा था। लेकिन जब शोधकर्ताओं ने स्थितियों की विस्तृत श्रृंखला को मापा, अधिक समय में अधिक डेटा एकत्र किया, केवल एक के बजाय कई नमूनों का अध्ययन किया, और सक्रिय रूप से वैकल्पिक स्पष्टीकरण की तलाश की, तो उन्होंने पाया कि रोमांचक संकेत शायद उस विदेशी भौतिकी के सबूत नहीं थे जिसकी वे उम्मीद कर रहे थे।

सभी डेटा साझा करें

नई समीक्षा यह नहीं कह रही है कि ये खोजें असंभव हैं या शोधकर्ता खराब विज्ञान कर रहे थे, लेकिन ‘नैनोस्कोपिक’ पैमाने पर जिस पर टोपोलॉजिकल प्रभाव चलते हैं, सामग्री जटिल हैं और कई अलग-अलग प्रभाव स्पष्ट रूप से समान पैटर्न बना सकते हैं।

इस परिदृश्य को नेविगेट करने के लिए, टीम ने शोधकर्ताओं के शोध के तरीके में कुछ बदलावों की सिफारिश की। सबसे पहले उनके लिए केवल ‘रोमांचक’ भागों के बजाय अपना सारा डेटा साझा करना था। उदाहरण के लिए, यदि वे छह महीनों में 10 डिवाइसों से डेटा एकत्र करते हैं, तो बेहतर होगा कि वे इसे पूरा साझा करें, न कि केवल एक डिवाइस जो सबसे अधिक आशाजनक दिखती है।

दूसरा, टीम ने सुझाव दिया कि शोधकर्ताओं को अपनी परिकल्पना की पुष्टि करने के लिए डेटा की तलाश करनी चाहिए और साथ ही उन स्थितियों की खोज करनी चाहिए जिनमें प्रभाव गायब हो जाना चाहिए या बदल जाना चाहिए, और पुष्टि करनी चाहिए कि यह वास्तव में होता है। इसके अलावा, वैज्ञानिकों को अपने शोधपत्रों में वैकल्पिक स्पष्टीकरणों पर भी खुलकर चर्चा करनी चाहिए।

अंत में, टीम ने कहा कि शोधकर्ताओं को इस बारे में पारदर्शी होना चाहिए कि जिस प्रभाव की वे तलाश कर रहे थे वह सामने आने तक उन्हें अपने सेटअप को कितना दुरुस्त करना होगा। यदि उन्हें प्रभाव देखने के लिए पांच अलग-अलग सेटिंग्स को बहुत सटीक मानों में समायोजित करना पड़ा, तो इसका मतलब यह हो सकता है कि उन्हें मौलिक भौतिक घटना के बजाय गलती से अपने विशिष्ट डिवाइस की एक विचित्रता मिल गई है।

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