6.6 کوانٹم سرنگ کاری

ہوم ／ باب:6 کمیت کا دائرہ (V5.05)

I. وہ مظاہر اور سوالات جو پہلی نظر میں اُبھرتے ہیں

• الفا زوال۔ کچھ جوہری اپنی طرف سے الفا ذرہ خارج کرتے ہیں۔ کلاسیکی فہم کے مطابق بیرونی ممکنہ دیوار اتنی بلند ہوتی ہے کہ پار نہیں کی جا سکتی، اس کے باوجود نکل بھاگنے کے واقعات پیش آتے رہتے ہیں۔
• سرنگی مسح خردبین۔ جب نہایت نوکیلا دھاتی سرا نمونے کے قریب نینومیٹر پیمانے کے خلا پر آتا ہے تو دراڑ بڑھنے کے ساتھ دھارا تقریباً اساسی شرح سے گھٹتا ہے مگر صفر تک نہیں پہنچتا۔
• جوزیفسن سرنگ کاری۔ دو فوق ہادی جن کے درمیان نہایت باریک موصل شکن پرت ہو، صفر ولٹ پر بھی مستقیم دھارا برقرار رکھتے ہیں۔ نہایت چھوٹی مستقیم وولٹیج دی جائے تو ٹھیک ٹھیک تکرار کے ساتھ تبادلی دھارا پیدا ہوتا ہے۔
• طنینی سرنگی ڈایوڈ اور دوہری رکاوٹیں۔ دھارا بمقابلہ وولٹیج منحنی میں تیز نوک دار چوٹیاں اور منفی تفاضلی مزاحمت ظاہر ہوتی ہے، جس سے اشارہ ملتا ہے کہ کچھ توانائیاں خاص طور پر آسانی سے گزر جاتی ہیں۔
• مجالی اخراج جسے سرد اخراج بھی کہا جاتا ہے۔ طاقتور برقی میدان سطحی رکاوٹ کو پتلا اور پست کر دیتا ہے، یوں الیکٹران خلا کے پار نکل سکتے ہیں۔
• بصری تمثیل۔ ناکام کل داخلی انعکاس میں دو تقریباً ملی ہوئی منشوروں کے درمیان کمزور شعاع اس خطے سے بھی گزر سکتی ہے جسے عام طور پر ممنوع سمجھا جاتا ہے۔

اہم سوالات۔

• جب توانائی ناکافی ہو تو ذرہ دیوار کے پار کیسے گزرتا ہے۔
• گزرنے کا امکان رکاوٹ کی موٹائی اور بلندی کے لیے تقریباً اساسی حساس کیوں ہوتا ہے۔
• اصل سرنگی وقت کیا ہے اور کیا پیمائشیں نور سے زیادہ رفتار کا گمان کراتی ہیں۔ مرحلہ یا گروہ تاخیر کی پیمائشیں اکثر سیرابی دکھاتی ہیں جسے ہارٹ مین اثر کہا جاتا ہے اور اسے آسانی سے ماوراے نور سمجھ لیا جاتا ہے۔
• کیوں بعض اوقات مزید تہیں بڑھانے سے تنگ توانائی کھڑکی میں گزرنا الٹا آسان ہو جاتا ہے۔

II. توانائی کے ریشوں کا نظریہ۔ دیوار ایک سانس لیتی ٹینسری پٹی ہے، سخت تختہ نہیں

یہی اصول باب چار شق سات میں بیان شدہ سیاہ سوراخ کی مساموں کے لیے بھی ہے۔ طاقتور ٹینسر سرحد ہمیشہ کے لیے بند مہر نہیں ہوتی۔

1. رکاوٹ کی اصل ہیئت۔ پُر حرکات، کھردری اور پٹی نمایاں
   نقشہ بحیرہ و ریشہ کے مطابق رکاوٹ کوئی جیومیٹریائی ہموار اور اکڑی ہوئی دیوار نہیں۔ یہ بلند ٹینسر قوت کا خطہ ہے جو ترسیل کو روکتا ہے اور مسلسل خرد پیمانہ عوامل سے ڈھلتا رہتا ہے۔

• بحر اور ریشوں کے مابین ریشوں کا کھنچاؤ اور واپسی
• مختصر العمر خرد پیما از سر نو جڑتیں جو عارضی طور پر ربط کو بدل کر پھر بند کر دیتی ہیں
• غیر مستحکم ذرات کی پیدائش اور ٹوٹ پھوٹ کے سبب سرحد پر مسلسل دستک
• بیرونی میدانوں اور نجاستوں سے جنم لینے والے مقامی ٹینسر ارتعاشات
  قریب سے دیکھیں تو یہ پٹی سانس لیتی شہد کے چھتے جیسی لگتی ہے۔ زیادہ تر اوقات مزاحمیت بلند رہتی ہے مگر کبھی کبھار کم مزاحمیت کے ننھے مسام نمودار ہوتے ہیں جو بہت کم دیر قائم رہتے ہیں۔

2. فوری مسام۔ سرنگ کاری کی حقیقی گزر گاہیں
   سرنگ کاری تب ہوتی ہے جب ذرہ پٹی کے قریب ہو اور عین اس کی سمت میں ایک مسام اتنا گہرا اور اتنا مربوط کھل جائے کہ لڑی بن سکے۔ چار پیمانے امکان کو متعین کرتے ہیں۔

• کھلنے کی شرح، فی رقبہ اور فی وقت مسام کے نمودار ہونے کی کثرت
• عمرانی مدت، وہ وقفہ جس میں مسام کھلا رہتا ہے
• زاویائی چوڑائی اور سمتی انتخاب، وہ سمتیں جنہیں گزر گاہ عملاً قبول کرتی ہے
• طولانی ربط، کیا سلسلہ وار مسام پوری موٹائی میں راستہ بنا لیتے ہیں
  کامیابی کے لیے یہ چاروں شرطیں بیک وقت پوری ہونا لازم ہیں۔ بیشتر کوششیں ناکام رہتی ہیں، کچھ کامیاب بھی ہوتی ہیں اور امکان ہرگز صفر نہیں۔

3. اساسی حساسیت کی وجہ

• موٹائی بڑھانے سے لازم ہوتا ہے کہ بہت سے مسام پوری گہرائی میں سلسلہ وار سیدھے ہو جائیں۔ ہر نئی تہہ امکان کو ایک سے کم عامل سے ضرب دیتی ہے، چنانچہ ترسیل تقریباً اساسی طریق سے گھٹتی ہے۔
• ٹینسر بلندی بڑھانے سے مسام کم یاب، کم عمر اور زیادہ سمت پسند ہو جاتے ہیں، یوں مؤثر کھلنے کی شرح گر جاتی ہے۔

4. طنینی سرنگ کاری۔ مساموں سے سلا ہوا عارضی موج رہبر
   کئی تہوں کی ساخت مناسب مرحلہ رکھنے والا قیام خانہ بنا سکتی ہے جو پٹی کے اندر کم مزاحمیت والا عارضی موج رہبر بن کر کام کرتا ہے۔

• پہلے ذرہ مختصر وقت کے لیے اس خانے میں ٹھہرتا ہے
• پھر مناسب سمت میں اگلی مسامی لڑی کھلنے کا انتظار کرتا ہے
• اس کے ساتھ ہی مجموعی ربط تنگ توانائی کھڑکی میں ایک دم بڑھ جاتا ہے
  یوں طنینی سرنگی ڈایوڈ میں تیز نوک دار چوٹیاں سمجھ آتی ہیں، اور اسی منطق سے فوق ہادیوں کے دو طرفہ مرحلہ بندی کا بندھن جوزیفسن اثر میں ہم ربط گزرگاہ کو آسان بناتا ہے۔

5. سرنگی وقت دو حصوں میں۔ دروازے پر انتظار، پھر راہداری میں تیز گذر

• انتظار کی مدت۔ وہ تاخیر جو آمد سمت پر مسامی لڑی کے سیدھا ہونے تک لگتی ہے، یہی جزو احصائی طور پر غالب رہتا ہے۔
• راہداری کا وقت۔ جب ربط قائم ہو جائے تو ذرہ کم مزاحمیت والی گزرگاہ میں اس مقامی پھیلاؤ رفتار سے گزرتا ہے جسے ٹینسر محدود کرتا ہے۔ یہ حصہ عموماً مختصر ہوتا ہے۔
  جب پٹی موٹی ہوتی ہے تو انتظار بڑھتا ہے مگر راہداری کا وقت جیومیٹری کے ساتھ خطی طور پر نہیں بڑھتا۔ اسی لیے بہت سی پیمائشیں گروہی تاخیر کی سیرابی دکھاتی ہیں۔ یہ مقامی حدود کے توڑنے کا نہیں بلکہ لمبی قطار اور تیز در گزر کے امتزاج کا ظاہری نقش ہے۔

6. توانائی اور اس کا بقا۔ کوئی مفت کھانا نہیں
   گذر کے بعد ذرہ کا توانائی حساب اس کے ابتدائی ذخیرے، راہداری کے اندر ٹینسر میدان کے بازگشت اور ماحول کے ساتھ باریک تبادلوں سے بنتا ہے۔ یہ تاثر کہ توانائی کم تھی مگر گزر گیا جادو نہیں۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ دیوار جامد نہیں، خرد پیمانے پر وہ کبھی کبھی ایسی راہیں کھولتی ہے جن سے نایاب واقعات کم مزاحمیت کے راستے سے گزر جاتے ہیں اور کسی سخت ابھار پر چڑھنے کی حاجت نہیں پڑتی۔

III. تفسیر سے آلات اور تجرباتی صورتوں تک

• الفا زوال۔ اندرونی الفا جھرمٹ بار بار سرحد سے ٹکراتا ہے۔ اخراج تب ہوتا ہے جب باہر کی طرف مساموں کی لڑی لمحاتی طور پر سیدھی ہو جائے۔ جوہری رکاوٹ کی بلندی اور موٹائی کے باعث نصف عمر ساخت پر نہایت حساس ہو جاتی ہے۔
• سرنگی مسح خردبین۔ نوک اور نمونے کے بیچ خلا کی دراڑ ایک باریک پٹی ہے۔ ناپا گیا دھارا اس شرح کی پیروی کرتا ہے جس سے اہم مسامی لڑی اس خلا کے پار بنتی ہے۔ ہر اضافی اینگسٹرم گویا پردے کی ایک مزید پٹی ہے، اسی لیے کمی اساسی دکھائی دیتی ہے۔
• جوزیفسن۔ فوق ہادیوں کے دو طرفہ مرحلہ بندھن سے موج رہبر کا خانہ مستحکم رہتا ہے، قائم حالت میں ربط بڑھتا ہے اور صفر ولٹ پر بھی دھارا قائم رہتا ہے۔ ہلکی مستقیم وولٹیج مرحلہ کو سرکاتی ہے اور تبادلی تکرار جنم لیتی ہے۔
• مجالی اخراج۔ طاقتور بیرونی میدان سطحی پٹی کو پتلا اور پست کرتا ہے، مسامی کھلاؤ اور ربط میں اضافہ ہوتا ہے اور الیکٹران آزاد خلاء کی طرف نکل جاتے ہیں۔
• ناکام کل داخلی انعکاس۔ دو منشوروں کے درمیان نینومیٹر دراڑ پر نزدیک میدان کی دست بوسی مختصر فاصلے کی ربط پیدا کرتی ہے، یوں روشنی اس خطے سے گزر جاتی ہے جو کلاسیکی لحاظ سے ممنوع سمجھا جاتا ہے۔ یہ ایک اور تصویر ہے عارضی راہ داری کی۔

IV. خلاصہ یہ کہ چار نکات

• سرنگ کاری کامل دیوار میں سوراخ کاری نہیں بلکہ ایک متحرک ٹینسری پٹی میں لمحاتی مسامی لڑی سے فائدہ اٹھانا ہے۔
• موٹائی اور بلندی کے لیے تقریباً اساسی حساسیت سلسلہ وار امکانات کی ضرب سے جنم لیتی ہے۔ طنین مؤقت موج رہبر بناتی ہے جو تنگ کھڑکی میں ربط کو بڑھا دیتی ہے۔
• سرنگی وقت انتظار اور گزر سے بنتا ہے۔ جو سیراب تاخیر دکھائی دیتی ہے وہ انتظار کے احصاء کی علامت ہے، مقامی پھیلاؤ حدود کی خلاف ورزی نہیں۔
• توانائی برقرار رہتی ہے۔ کم توانائی کے باوجود گزر اس لیے ہوتا ہے کہ دیوار خرد پیمانے پر سانس لیتی ہے، کوئی چال نہیں۔