परमाणु, आणविक और प्रकाशिक भौतिकी सेमिनार

अव्यवस्थित बहु-पिंड प्रणाली की पदार्थ अवस्थाओं को उसके एर्गोडिक गुणों के माध्यम से पहचानना अनुसंधान की एक आकर्षक दिशा है। जबकि यादृच्छिक मैट्रिक्स सिद्धांत क्वांटम अराजकता को परिभाषित करने के लिए एक मूलभूत ढांचा प्रदान करता है जिसमें एर्गोडिक और बहु-पिंड स्थानीयकृत (एमबीएल) दोनों चरण शामिल हैं, महत्वपूर्ण संक्रमण को नियंत्रित करने वाली सार्वभौमिक विशेषताओं की व्यापक समझ अभी भी अस्पष्ट है, विशेष रूप से अर्ध-यादृच्छिक प्रणालियों में। यहां, हम परस्पर क्रिया करने वाले स्पिन रहित फर्मियनों पर विचार करते हुए, सामान्यीकृत ऑब्री-एंड्रे मॉडल में एर्गोडिक से बहु-पिंड स्थानीयकरण संक्रमण की सार्वभौमिक विशेषताओं का संख्यात्मक रूप से अध्ययन करते हैं। आसन्न अंतर अनुपात और वर्णक्रमीय रूप कारक का विश्लेषण करके, हम पहले पैरामीटर स्पेस में उपयुक्त क्षेत्रों में विभिन्न चरणों की पहचान करते हैं। फिर, रुद्धोष्म गेज विभव की अवधारणा का उपयोग करते हुए, हम चरण आरेख प्राप्त करते हैं जो रुद्धोष्म विरूपण के प्रति आइजेनस्पेक्ट्रम की संवेदनशीलता के विभिन्न पैमानों को दर्शाता है। इसके अलावा, सिस्टम के आकार के संबंध में महत्वपूर्ण अव्यवस्थित शक्ति की स्थिरता को समझने के लिए, हम लागत फ़ंक्शन न्यूनीकरण तकनीकों के माध्यम से एक परिमित-आकार स्केलिंग विश्लेषण करते हैं।

टू-वेव मिक्सिंग (TWM) नॉन-लीनियर ऑप्टिक्स में एक दिलचस्प घटना है जो बीमों के इंटरफेरेंस से पैदा होती है। TWM कई अलग-अलग नॉन-लीनियर माध्यमों में हो सकती है, जैसे कि दूसरे क्रम के नॉन-लीनियर माध्यम (जैसे फोटोरेफ्रेक्टिव सामग्री), तीसरे क्रम के नॉन-लीनियर माध्यम (जैसे केर माध्यम), और गेन माध्यम (जैसे सेमीकंडक्टर एम्पलीफायर)।

यह सेमिनार TWM को नियंत्रित करने वाले भौतिक सिद्धांतों से परिचय कराएगा। चर्चा में ऑप्टिकल एम्प्लीफिकेशन, ट्रांज़िएंट डिटेक्शन इमेजिंग और सेकंड-हार्मोनिक फेज़ माप पर प्रकाश डाला जाएगा, जिसमें फोटोरेफ्रेक्टिव सामग्रियों पर विशेष ज़ोर दिया जाएगा; इन सामग्रियों में TWM उच्च संवेदनशीलता और कम पावर थ्रेशोल्ड दिखाता है, जिससे यह रियल-टाइम होलोग्राफी और एडेप्टिव ऑप्टिक्स के लिए विशेष रूप से उपयुक्त हो जाता है। इसके अलावा, एक फोटोरेफ्रेक्टिव क्रिस्टल में TWM का उपयोग करके सेल्फ-इमेजिंग घटना का अवलोकन और लेज़र बीम स्पॉट के आकार को छोटा करने की प्रक्रिया भी प्रस्तुत की जाएगी।

क्वांटम की डिस्ट्रीब्यूशन (QKD) दो दूर स्थित पक्षों को क्वांटम भौतिकी के मूल सिद्धांतों के आधार पर सुरक्षित क्रिप्टोग्राफिक कीज़ साझा करने में सक्षम बनाता है। विभिन्न दृष्टिकोणों में से, कंटीन्यूअस-वेरिएबल QKD (CV-QKD) ने मानक ऑप्टिकल संचार तकनीकों के साथ अपनी अनुकूलता के कारण काफी ध्यान आकर्षित किया है। यूनिडायमेंशनल CV-QKD (UD-CVQKD) पारंपरिक दो-क्वाड्रैचर कार्यान्वयनों के विपरीत, ऑप्टिकल क्षेत्रों के एकल क्वाड्रैचर में जानकारी को एन्कोड करके प्रयोगात्मक जटिलता को और कम करता है।

इस सेमिनार में, मैं ध्रुवीकृत सुसंगत अवस्थाओं का उपयोग करके एक फ्री-स्पेस गॉसियन-मॉड्यूलेटेड UD-CVQKD प्रणाली के हमारे प्रयोगात्मक कार्यान्वयन को प्रस्तुत करूँगा। प्रणाली की सुरक्षा का संख्यात्मक रूप से यथार्थवादी डिटेक्टर शोर के तहत विश्लेषण किया जाता है, जिसमें विश्वसनीय और अविश्वसनीय दोनों प्रकार के डिटेक्टर शोर मॉडलों पर विचार किया जाता है। मैं चर्चा करूँगा कि कैसे डिटेक्टर शोर, अ-मॉड्यूलेटेड क्वाड्रैचर में सहसंबंधों पर सबसे खराब स्थिति की मान्यताओं के तहत, प्राप्त करने योग्य गुप्त की दर (secret key rate) को प्रभावित करता है। इसके अतिरिक्त, मैं की दर और प्रणाली के प्रदर्शन की ऐलिस (Alice) के मॉड्यूलेशन विचरण पर निर्भरता को प्रस्तुत करूँगा, यह प्रदर्शित करते हुए कि कैसे प्रणाली के पैरामीटर और अतिरिक्त शोर समग्र सुरक्षा को प्रभावित करते हैं।

प्रकाश-पदार्थ की प्रबल अंतःक्रिया नैनोफोटोनिक्स और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स में अनुप्रयोगों के साथ संकर क्वांटम अवस्थाओं को साकार करने के लिए एक शक्तिशाली मंच के रूप में उभरी है। जबकि WS₂ जैसे मोनोलेयर ट्रांजिशन मेटल डाइचैल्कोजेनाइड्स (TMDCs) को कमरे के तापमान पर उनकी मजबूत एक्सिटोनिक प्रतिक्रिया के कारण व्यापक रूप से खोजा गया है, वहीं बहुपरत प्रणालियों की भूमिका, उनकी उन्नत अंतःक्रियाओं और संवेदन अनुप्रयोगों की क्षमता के बावजूद, अपेक्षाकृत कम खोजी गई है।
इस सेमिनार में, मैं प्लास्मोनिक नैनोकैविटीज़ के साथ एकीकृत बहुपरत WS₂ में एक्सिटोन-प्लास्मोन युग्मन का एक प्रायोगिक और संख्यात्मक अध्ययन प्रस्तुत करूँगा। हम WS₂ परतों की संख्या पर युग्मन व्यवहार की प्रबल निर्भरता प्रदर्शित करते हैं, जो कुछ परतों में पर्सेल-वर्धित फोटोल्यूमिनेसेंस से लेकर मोटी परतों में संकर एक्सिटोन-पोलरिटन अवस्थाओं और प्रबल एक्सिटोनिक अवशोषण तक संक्रमण करता है। विशेष रूप से, हम मोटी परतों में एनापोल मोड के निर्माण की पहचान करते हैं, जो प्रकाश अवशोषण को बढ़ाते हैं और जटिल युग्मन गतिशीलता को जन्म देते हैं।

क्वार्ट्ज़ में प्रकाशिक चमक जाली दोषों से उत्पन्न होती है, जिनके गुण विभिन्न भूवैज्ञानिक स्थितियों में भिन्न होते हैं, जिससे स्रोत-निर्भर व्यवहार उत्पन्न होता है। हालांकि गुणात्मक प्रदर्शक के रूप में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, मात्रात्मक प्रकाशिक चमक-आधारित तलछट स्रोत विश्लेषण अतिव्यापी संकेत योगदान और मजबूत सांख्यिकीय ढाँचों की कमी से सीमित रहता है। पिछले कार्यों पर आधारित यह अध्ययन एक कठोर सांख्यिकीय ढाँचे के भीतर कम्प्यूटेशनल फिटिंग का उपयोग करके थर्मोल्यूमिनेसेंस (टीएल) चोटियों और ऑप्टिकली स्टिमुलेटेड ल्यूमिनेसेंस (ओएसएल) घटकों को स्पष्ट रूप से अलग करके कार्यप्रणाली को आगे बढ़ाता है। विशिष्ट ट्रैपिंग प्रणालियों से जुड़े व्यक्तिगत घटकों का विश्लेषण किया जाता है, और तलछट स्रोतों के बीच महत्वपूर्ण अंतर सुनिश्चित करने के लिए एक गैर-पैरामीट्रिक मान-व्हिटनी परीक्षण का उपयोग करके नैदानिक प्रदर्शकों की पहचान की जाती है। नियंत्रित प्रयोगशाला मिश्रण प्रयोगों से पता चलता है कि अच्छी तरह से हल किए गए घटक विश्वसनीय प्रवाह अनुमान प्रदान करते हैं, जबकि अतिव्यापी या खराब ढंग से फिट किए गए घटक महत्वपूर्ण परिवर्तनशीलता और अस्थिरता उत्पन्न करते हैं। अनिश्चितता प्रसार के साथ एक रैखिक मिश्रण मॉडल को लागू किया जाता है और प्राकृतिक प्रणालियों में अंतर-प्रतिनिधि परिवर्तनशीलता और अतिरिक्त तलछट इनपुट को ध्यान में रखने के लिए एक ओवरडिस्पर्सन (यादृच्छिक-प्रभाव) ढाँचे का उपयोग करके विस्तारित किया जाता है। प्राकृतिक नदी संगमों पर प्रयोग से पता चलता है कि यह विधि सटीक स्रोत निर्धारण प्रदान करती है, साथ ही प्रवाह अनुमान पर सिग्नल की जटिलता और अज्ञात तलछट योगदान के प्रभाव को भी उजागर करती है। मूल और संशोधित सिग्नलों के बीच अंतर आदर्श मिश्रण स्थितियों से विचलन की पहचान करने के लिए एक नैदानिक उपकरण प्रदान करता है। कुल मिलाकर, यह दृष्टिकोण नदीय वातावरण में प्रकाश-आधारित स्रोत विश्लेषण की प्रयोज्यता को बढ़ाता है।

पोलरॉन अर्धचालकों से लेकर कोमल पदार्थों तक विभिन्न सामग्रियों में सर्वव्यापी हैं, जहाँ वे परिवहन गुणों और समग्र सामग्री दक्षता को नियंत्रित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। हालाँकि, उनके निर्माण की गतिशीलता को समझना अत्यंत चुनौतीपूर्ण बना हुआ है, क्योंकि इसके लिए युग्मित इलेक्ट्रॉनिक और संरचनात्मक स्वतंत्रता की डिग्री को फेम्टोसेकंड रिज़ॉल्यूशन के साथ एक साथ ट्रैक करना आवश्यक है। अल्ट्राफास्ट स्पेक्ट्रोस्कोपी में हालिया प्रगति ने अब इन प्रक्रियाओं का वास्तविक समय में अध्ययन करना संभव बना दिया है। इस प्रस्तुति में, मैं दो पूरक दृष्टिकोणों पर प्रकाश डालूँगा: सुसंगत तरंग पैकेट स्पेक्ट्रोस्कोपी, जो आणविक-समान वाइब्रोनिक तरंग पैकेटों का पता लगाकर पोलरॉन निर्माण को प्रकट करती है, और अल्ट्राफास्ट चरम पराबैंगनी (XUV) स्पेक्ट्रोस्कोपी, जो पोलरॉन ट्रैपिंग से जुड़े स्थानीय संरचनात्मक विकृतियों को सीधे कैप्चर करती है। ये तकनीकें मिलकर क्वासीपार्टिकल्स के अल्ट्राफास्ट उद्भव का पता लगाने के लिए नए रास्ते खोलती हैं और उभरते गुणों और कार्यात्मकताओं के साथ गैर-संतुलन क्वांटम अवस्थाओं में अभूतपूर्व अंतर्दृष्टि प्रदान करती हैं।

आज के ऑप्टिकल संचार में, डेटा की ज़्यादा क्षमता और ट्रांसमिशन की मज़बूती की मांग लगातार बढ़ रही है, जो पारंपरिक मल्टीप्लेक्सिंग तकनीकों की सीमाओं को पार कर रही है। प्रकाश का ऑर्बिटल एंगुलर मोमेंटम (OAM)—जिसकी पहचान उसकी हेलिकल फेज़ संरचना और सैद्धांतिक रूप से असीमित ऑर्थोगोनल मोड से होती है—स्पेशियल मल्टीप्लेक्सिंग के ज़रिए संचार चैनल की क्षमता बढ़ाने का एक आशाजनक तरीका है। इस अध्ययन में, हम एक 64-आर्इ लेवल OAM शिफ्ट कीइंग (OAM-SK) सिस्टम दिखाते हैं, जो मल्टीमोड फ़ाइबर (MMF) के ज़रिए भेजे गए, एक ही आकार के लैगुएरे-गॉसियन (LG) बीम का इस्तेमाल करता है। यह सिस्टम एक बदले हुए AlexNet कनवोल्यूशनल न्यूरल नेटवर्क (CNN) का इस्तेमाल करता है, ताकि LG बीम से बनने वाले जटिल स्पेकल पैटर्न को वर्गीकृत किया जा सके; इन बीम के टोपोलॉजिकल चार्ज -32 से +32 (शून्य को छोड़कर) के बीच होते हैं। CNN ने >99% की टेस्ट सटीकता हासिल की, और इसकी रीयल-टाइम परफ़ॉर्मेंस में वर्गीकरण की त्रुटि <2% से भी कम रही, जबकि प्रति मोड औसत अनुमान समय 88.1 ms था। इसके अलावा, सिस्टम की व्यावहारिक संचार क्षमता को दो डाउनसैंपल्ड ग्रेस्केल छवियों—'आइंस्टीन' और 'डेवलप्ड इंडिया मिशन'—को OAM मोड अनुक्रमों में मैप करके भेजने के ज़रिए परखा गया, जिससे उच्च-विश्वसनीयता वाली पुनर्निर्माण गुणवत्ता प्राप्त हुई। मशीन लर्निंग की मदद से तैयार यह OAM-SK तरीका MMF में इंटरमोडल कपलिंग के प्रभावों का लाभ उठाता है, और बड़े पैमाने पर उच्च-आर्इ लेवल के ऑप्टिकल संचार के लिए एक विश्वसनीय आधार प्रदान करता है।

ऊतक अभियांत्रिकी का उद्देश्य जैविक ऊतकों को पुनर्स्थापित करना, प्रतिस्थापित करना या उनमें सुधार करना है, इसलिए ऐसे जैव-सामग्रियों और निर्माण रणनीतियों को डिजाइन करना महत्वपूर्ण है जो कोशिकीय व्यवहार और कार्य को निर्देशित करें। जैव-निर्माण, यानी ऊतक जैसी संरचनाओं का सटीक निर्माण, ऊतक अभियांत्रिकी अवधारणाओं को कार्यात्मक संरचनाओं में बदलने में केंद्रीय भूमिका निभाता है। पारंपरिक एक्सट्रूज़न-आधारित मुद्रण स्थूल संरचनाओं के निर्माण को सक्षम बनाता है, लेकिन अक्सर इसकी विभेदन क्षमता सीमित होती है, जिससे कोशिका-सामग्री अंतःक्रियाओं के लिए आवश्यक सूक्ष्म-स्तरीय विशेषताओं पर नियंत्रण प्रतिबंधित हो जाता है। प्रकाश-आधारित दृष्टिकोण, विशेष रूप से दो-फोटॉन बहुलकीकरण, नैनो-स्तरीय परिशुद्धता और अत्यधिक नियंत्रित संरचनाओं को सक्षम बनाकर इन सीमाओं को दूर करते हैं। पूरक लक्षण वर्णन तकनीकें, जैसे कि लेबल-मुक्त द्वितीय और तृतीय-हार्मोनिक पीढ़ी इमेजिंग, सामग्री संगठन और संरचना-कार्य संबंधों में गैर-आक्रामक अंतर्दृष्टि प्रदान करती हैं, जो प्रतिक्रिया-निर्देशित अनुकूलन का समर्थन करती हैं। यह व्याख्यान इस बात पर प्रकाश डालेगा कि कैसे उन्नत निर्माण को गैर-रेखीय ऑप्टिकल इमेजिंग के साथ एकीकृत करके फोटोनिक्स, सामग्री विज्ञान और जैव-अभियांत्रिकी को जोड़कर अधिक सटीक और कार्यात्मक ऊतक अभियांत्रिकी प्लेटफॉर्म विकसित किए जा सकते हैं।

क्वांटम भौतिकी की शुरुआत से ही क्वांटम प्रणालियों की जाँच करना हमेशा एक चुनौती रहा है। क्वांटम दुनिया में इलेक्ट्रॉनिक गति को उसके स्वाभाविक समय पैमाने—एटोसैकंड (1 एटोसैकंड = 10⁻¹⁸ सेकंड) के पैमाने पर देखने की बुनियादी जिज्ञासा ने लगातार अग्रणी वैज्ञानिकों और खोजकर्ताओं को ऐसे अत्यंत तीव्र क्षेत्रों में इसकी जाँच करने के तरीके/विधियाँ विकसित करने के लिए प्रेरित किया है। हालाँकि, इसे केवल 21वीं सदी की शुरुआत में ही साकार किया जा सका। समकालीन लेज़र प्रौद्योगिकी में हुई प्रगति ने वर्ष 2001 में पहली एटोसैकंड पल्स उत्पन्न करना संभव बना दिया, जिसने एक नए युग—'एटोसैकंड विज्ञान' (Attosecond Science)—की शुरुआत को चिह्नित किया; जिसे 'एटोसेंस' (Attoscience) भी कहा जाता है। जैसा कि नाम से पता चलता है, यह नया अनुसंधान क्षेत्र एटोसैकंड समय पैमाने पर पदार्थ में इलेक्ट्रॉन की गतिशीलता के अध्ययन से संबंधित है। इस नए विज्ञान के महत्व को पहले ही वर्ष 2023 के लिए भौतिकी में नोबेल पुरस्कार देकर मान्यता दी जा चुकी है, जो एटोसैकंड पल्स उत्पन्न करने वाले अग्रणी वैज्ञानिकों को प्रदान किया गया है। तीव्र, अत्यंत तीव्र लेज़रों का उपयोग करके क्वांटम दुनिया में इलेक्ट्रॉन को नियंत्रित करते हुए, अब हम वास्तविक समय में इलेक्ट्रॉन की गतिशीलता को देखने में सक्षम हैं। यह पदार्थ पर अभूतपूर्व नियंत्रण प्रदान करता है, जो दो दशक पहले संभव नहीं था। एटोसैकंड विज्ञान विज्ञान और इंजीनियरिंग की सभी अनुसंधान शाखाओं को अपने दायरे में लेता है, जहाँ इलेक्ट्रॉन की गतिशीलता की जाँच उसके आंतरिक समय पैमाने पर की जाती है।

इस सेमिनार में, मैं अणुओं और कार्बन फुलरीन में अत्यंत तीव्र क्वांटम गतिशीलता का एक अवलोकन प्रस्तुत करूँगा; विशेष रूप से तब, जब ऐसी प्रणालियाँ विभिन्न ध्रुवीकरणों वाले तीव्र, अत्यंत तीव्र लेज़र क्षेत्रों के साथ परस्पर क्रिया करती हैं। संख्यात्मक प्रयोगों का उपयोग करते हुए, मैं कुछ अत्यधिक अरेखीय प्रकाशीय परिघटनाओं और अत्यंत तीव्र प्रक्रियाओं को स्पष्ट करूँगा, जैसे—उच्च हार्मोनिक उत्पादन (HHG), आवेश प्रवासन (charge migration) और प्रकाश-प्रेरित क्वांटम सहसंबंध, पंप-प्रोब स्पेक्ट्रोस्कोपी विधि का उपयोग करके समय-समाधित प्रेक्षण (time-resolved observables), आणविक प्रकाश-उत्सर्जन (photoemission), देहली-ऊर्ध्व आयनीकरण (ATI) और प्रकाश-इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रम (PES)। मैं इन अध्ययन-अधीन प्रणालियों में इन अत्यंत तीव्र क्वांटम गतियों के उद्भव और अंतर्निहित भौतिक तंत्रों की पड़ताल करूँगा। मैं संबंधित क्षेत्रों में ऐसी अत्यंत तीव्र प्रक्रियाओं के महत्व और अनुप्रयोगों को रेखांकित करूँगा, और भविष्य की संभावनाओं तथा लक्ष्यों पर विस्तार से चर्चा करते हुए इस सेमिनार का समापन करूँगा।

क्वांटम एंटैंगलमेंट आधुनिक प्रकाशिकी और क्वांटम सूचना विज्ञान का एक मूलभूत संसाधन है। यह व्याख्यान एंटैंगलमेंट के मूल सिद्धांतों और ऐतिहासिक विकास के संक्षिप्त परिचय से शुरू होगा, जिसके बाद नॉनलाइनियर ऑप्टिकल प्रक्रियाओं का उपयोग करके ध्रुवीकरण-एंटैंगल्ड फोटॉन उत्पादन का अवलोकन प्रस्तुत किया जाएगा। फिर मैं क्लासिकल प्रकाशिकी में ज्यामितीय चरण की अवधारणा का परिचय दूंगा और इसके भौतिक महत्व पर चर्चा करूंगा। व्याख्यान का मुख्य केंद्र बिंदु एंटैंगल्ड फोटॉनों के बीच क्वांटम सहसंबंधों का उपयोग करके क्लासिकल ज्यामितीय चरण को मापना है, जो क्लासिकल और क्वांटम क्षेत्रों को जोड़ने वाला एक गैर-इंटरफेरोमेट्रिक दृष्टिकोण प्रदान करता है। अंत में, मैं दिखाऊंगा कि क्लासिकल ज्यामितीय चरण का अधिग्रहण क्वांटम अवस्थाओं को कैसे संशोधित और नियंत्रित कर सकता है, जिससे उनके सहसंबंध और मापन परिणामों पर प्रभाव पड़ता है। यह परस्पर क्रिया चरण-निर्भर क्वांटम नियंत्रण और क्वांटम गेट्स और फोटोनिक एकीकृत सर्किट में अनुप्रयोगों पर नए दृष्टिकोण प्रदान करती है।

अत्यधिक पराबैंगनी (XUV) शॉर्ट-पल्स स्रोत, परमाणुओं और अणुओं में होने वाली अत्यंत तीव्र इलेक्ट्रॉन गतिकी की जाँच करने के लिए एक शक्तिशाली साधन प्रदान करते हैं। पारंपरिक रूप से, इन स्रोतों में नियंत्रण का मुख्य ध्यान, ड्राइविंग लेज़र क्षेत्र के स्पेक्ट्रमी और कालिक गुणों पर केंद्रित रहा है। इस व्याख्यान में, हम प्रकाश के एक भिन्न पहलू की ओर अपना ध्यान केंद्रित करेंगे: इसकी स्थानिक संरचना। ड्राइविंग इन्फ्रारेड (IR) क्षेत्र में कक्षीय कोणीय संवेग (OAM) को शामिल करना, क्वांटम पैमाने पर पदार्थ को नियंत्रित करने के लिए स्वतंत्रता की एक अतिरिक्त कोटि (degree of freedom) प्रदान करता है। मैं इस कोणीय संवेग स्थानांतरण के मूल में निहित भौतिक क्रियाविधियों का परिचय दूँगा, यह रूपरेखा प्रस्तुत करूँगा कि उत्सर्जित हार्मोनिक्स में भंवर (vortex) संरचना किस प्रकार उत्पन्न होती है, और संरचित XUV किरण-पुंजों को उत्पन्न करने के संदर्भ में इसके निहितार्थों पर चर्चा करूँगा।

गैस और धूल की प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क वह भौतिक और रासायनिक वातावरण प्रदान करती हैं जिसमें ग्रहों का निर्माण होता है। गैस के गुण और डिस्क के भौतिक गुण अक्सर CO प्रेक्षणों और धूल-से-गैस द्रव्यमान अनुपात की सुविदित मान्यताओं से अनुमानित किए जाते हैं। हालाँकि, CO प्रेक्षण गैस-चरण कार्बन की प्रचुरता को कम करके आंक सकते हैं, क्योंकि आणविक कोर से डिस्क में विकास के दौरान कार्बन कणों पर जमा हो जाता है। इस संदर्भ में, उदासीन परमाणु कार्बन [C I] का सूक्ष्म-संरचना उत्सर्जन—जो गर्म डिस्क वातावरण और प्रकाश-विघटन क्षेत्र का पता लगाता है—का उपयोग कार्बन भंडार को सीमित करने और डिस्क के गुणों के बारे में अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है। [C I] (2-1) रेखा की उच्च उत्तेजन ऊर्जा के कारण, यह [C I] (1-0) रेखा की तुलना में गैस की तापीय स्थिति और डिस्क के भौतिक गुणों के प्रति अधिक संवेदनशील होती है। हम हर्बिग Be तारे HD 100546 के चारों ओर स्थित प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क से [C I] (2-1) रेखा के उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाले ALMA बैंड 10 प्रेक्षण का उपयोग करते हैं—साथ ही ताप-रासायनिक मॉडलिंग का भी—यह जाँचने के लिए कि डिस्क की संरचना [C I] (2-1) उत्सर्जन को कैसे प्रभावित करती है। इस सेमिनार में, मैं प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क में होने वाली भौतिक और रासायनिक प्रक्रियाओं का परिचय दूँगा, और उन परिणामों पर चर्चा करूँगा कि कैसे [C I] (2-1) उत्सर्जन डिस्क के गुणों पर निर्भर करता है।

पदार्थ के साथ तीव्र लेज़र पल्स की परस्पर क्रिया आधुनिक भौतिकी का एक महत्वपूर्ण अनुसंधान क्षेत्र है, जिसके अनुप्रयोग इनर्शियल कन्फाइनमेंट फ्यूजन, कॉम्पैक्ट कण त्वरक और उन्नत विकिरण स्रोतों में हैं। लेज़र-प्लाज़्मा त्वरण, पारंपरिक त्वरक तकनीकों का एक आकर्षक विकल्प प्रदान करता है, क्योंकि यह उन भौतिक-क्षति सीमाओं से बचता है जिनके कारण पारंपरिक मशीनें विशाल और महंगी हो जाती हैं।

इस सेमिनार में, मैं लेज़र-प्लाज़्मा-आधारित इलेक्ट्रॉन त्वरण के मूलभूत सिद्धांतों को प्रस्तुत करूँगा, जिसे आमतौर पर लेज़र वेकफील्ड त्वरण (LWFA) के रूप में जाना जाता है। मैं LWFA और इसके अंतर्निहित भौतिक तंत्रों की जाँच के लिए उपयोग किए जाने वाले सैद्धांतिक दृष्टिकोणों पर चर्चा करूँगा। अंत में, मैं इस क्षेत्र की वर्तमान स्थिति प्रस्तुत करूँगा और संक्षेप में चर्चा करूँगा कि टेबलटॉप लेज़र-प्लाज़्मा प्रयोगों में उत्पन्न उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन बीम का उपयोग उन्नत फोटॉन स्रोत बनाने के लिए कैसे किया जा सकता है; इनमें ट्यूनेबल फ्री-इलेक्ट्रॉन लेज़र, बेटेट्रॉन और कॉम्पटन एक्स-रे स्रोत, तथा उच्च-क्षेत्र टेराहर्ट्ज़ विकिरण शामिल हैं।

एक उलझी हुई फ़ोटॉन अवस्था को दो-फ़ोटॉन इंटरफ़ेरेंस के ज़रिए बेहतर ढंग से समझा और उसका अध्ययन किया जा सकता है; एक उच्च-दृश्यता वाली अवस्था स्थापित करने के लिए ज़रूरी पथ-अविभेदनीयता और फ़ेज़ ट्यूनेबिलिटी को विभिन्न इंटरफ़ेरोमेट्रिक योजनाओं (बीम-स्प्लिटर-आधारित या सैग्नैक-आधारित) के ज़रिए हासिल किया जा सकता है, लेकिन ब्रॉडबैंड फ़ोटॉन उलझाव के लिए इनमें दृश्यता की कमी होती है। SPDC फ़ोटॉनों के इंटरफ़ेरेंस के लिए हमारी स्थानिक मल्टीप्लेक्सिंग योजना में, हमारे पास सिग्नल-सिग्नल या आइडलर-आइडलर इंटरफ़ेरेंस की प्रथम-क्रम सुसंगति पर व्यक्तिगत नियंत्रण होता है, जिससे उलझी हुई अवस्था के फ़ेज़ पर हमारा नियंत्रण और बढ़ जाता है। यह न केवल ब्रॉडबैंड उलझाव में अच्छा प्रदर्शन करती है, बल्कि इसके कुछ दिलचस्प फ़ायदे भी हैं जिन्हें भविष्य में अन्य अनुप्रयोगों के लिए और विकसित किया जा सकता है।

एस्ट्रोकैमिस्ट्री हमें यह समझने में मदद करती है कि अणु और धूल किस तरह से नए तारों को आकार देते हैं। NGC 1333 IRAS4A, जो एक प्रोटो-बाइनरी सिस्टम है, अपने दो हिस्सों के बीच चौंकाने वाले अंतर दिखाता है: एक हिस्से में धूल की मोटी परत है जो प्रकाश को सोख लेती है, जबकि दूसरा हिस्सा प्रकाश उत्सर्जित करता है और उसमें अंदर की ओर गिरती हुई गैस के संकेत मिलते हैं। ALMA और VLA से मिले डेटा का इस्तेमाल करके, हम अलग-अलग वेवलेंथ पर इन प्रभावों का पता लगाते हैं और मेथनॉल मेज़र उत्सर्जन की व्याख्या करते हैं। यह केस स्टडी इस बात पर रोशनी डालती है कि तारों के बनने के शुरुआती चरणों में केमिस्ट्री, धूल और गतिशीलता (dynamics) किस तरह से आपस में तालमेल बिठाते हैं।

ल्यूमिनेसेंस रेडिएशन डोसिमेट्री, पदार्थों में अवशोषित रेडिएशन डोज़ का मापन है। इसका उपयोग मिट्टी और अंतरिक्ष में रेडिएशन के स्तर की निगरानी के लिए किया जाता है, और यह ल्यूमिनेसेंस डेटिंग का एक अभिन्न अंग है। क्वार्ट्ज़ और फेल्डस्पार जैसे सर्वव्यापी खनिज, फँसे हुए आवेशों (trapped charges) के रूप में रेडिएशन ऊर्जा को संग्रहीत करके प्रभावी प्राकृतिक डोसिमीटर के रूप में कार्य करते हैं। सटीक डोसिमेट्री के लिए, विभिन्न प्रकार के आयनकारी रेडिएशन—जिनमें α, β, γ, और कॉस्मिक रेडिएशन शामिल हैं—द्वारा दी गई डोज़ दर (dose rate) के बारे में विश्वसनीय ज्ञान की आवश्यकता होती है।

डोज़-दर के अनुमान में एक बड़ी कमी भारी आवेशित कणों का ल्यूमिनेसेंस दक्षता कारक है, जिसे प्राकृतिक डोसिमेट्री के मामले में 'अल्फा दक्षता' (alpha efficiency) के रूप में भी जाना जाता है। इसे अक्सर बीटा और गामा रेडिएशन की तुलना में अल्फा कणों की सापेक्ष ल्यूमिनेसेंस दक्षता के रूप में दर्शाया जाता है। अल्फा दक्षता के बारे में कुछ बुनियादी समझ मौजूद है, हालाँकि, क्रिस्टल गुणों—जैसे कि परमाणु संख्या, घनत्व, दोष का प्रकार और दोष की सांद्रता—तथा परिवर्तनशील LET (रैखिक ऊर्जा स्थानांतरण) वाले कणों के संदर्भ में इसे अभी भी अच्छी तरह से समझा नहीं गया है। अक्सर शोधकर्ता अल्फा दक्षता के ऐसे मानों का उपयोग करते हैं जो या तो ठीक से निर्धारित नहीं होते या गलत रूप से मान लिए जाते हैं; इसके परिणामस्वरूप डोज़-दर के अनुमान में व्यवस्थित त्रुटियाँ (systematic errors) उत्पन्न होती हैं, और फलस्वरूप आयु-निर्धारण में पक्षपातपूर्ण परिणाम प्राप्त होते हैं। अतः, ल्यूमिनेसेंस डेटिंग की सटीकता और विश्वसनीयता में सुधार करने के लिए, तथा डोसिमेट्री अनुप्रयोगों—जिनमें अंतरिक्ष डोसिमेट्री और उच्च-रैखिक ऊर्जा स्थानांतरण (high-LET) वाले रेडिएशन वातावरण के तहत ल्यूमिनेसेंस प्रतिक्रिया का अध्ययन शामिल है—को आगे बढ़ाने के लिए, इस ज्ञान-अंतराल को भरना अत्यंत महत्वपूर्ण है। मैं इस दिशा में कुछ संभावनाओं को प्रस्तुत करना चाहूँगा।

लेज़र-उत्पादित प्लाज़्मा (LPPs) कॉम्पैक्ट कण त्वरकों और विकिरण स्रोतों के लिए उपयुक्त विकल्प हैं, और इनका उपयोग इनर्शियल कन्फाइनमेंट फ्यूजन में भी किया जा रहा है। इस चर्चा में, मैं यह समझाऊँगा कि LPPs को कैसे उत्पन्न किया जा सकता है और विभिन्न प्रक्रियाओं के माध्यम से लेज़र ऊर्जा प्लाज़्मा में किस प्रकार अवशोषित होती है।

सिंगल-फोटॉन स्रोत क्वांटम संचार, क्रिप्टोग्राफी और फोटोनिक क्वांटम सूचना प्रसंस्करण के लिए मुख्य तत्व हैं। क्वांटम सामग्री, जैसे कि क्वांटम डॉट्स, द्वि-आयामी सामग्री और नैनोडायमंड कलर सेंटर, निश्चित सिंगल-फोटॉन उत्सर्जन को संभव बनाते हैं, जो ट्यूनेबल तरंगदैर्ध्य और उच्च स्थिरता प्रदान करते हैं। उनके प्रदर्शन और सिंगल-फोटॉन शुद्धता का मूल्यांकन आमतौर पर हैनबरी ब्राउन और ट्विस (HBT) प्रयोग का उपयोग करके किया जाता है, जहाँ फोटॉन एंटीबंचिंग वास्तविक क्वांटम उत्सर्जन को सत्यापित करता है। यह सेमिनार उन सिद्धांतों, सामग्री प्लेटफार्मों और लक्षण-निर्धारण रणनीतियों पर प्रकाश डालता है जो मजबूत, मांग-आधारित सिंगल-फोटॉन स्रोतों के विकास को सुदृढ़ करते हैं।

स्क्वीज़्ड स्टेट (Squeezed state) प्रकाश की उन अनोखी क्वांटम अवस्थाओं में से एक है, जो मापे जाने पर अपने एक क्वाड्रैचर (quadrature) में क्वांटम उतार-चढ़ाव को दबाने का एक दिलचस्प व्यवहार दिखाती है। इन अंतर्निहित विशेषताओं के कारण प्रयोगकर्ताओं ने कई सटीक मापन और फेज़ अनुमान (phase estimation) प्रयोगों में CW स्क्वीज़्ड स्टेट्स का अत्यंत मूल्यवान रूप से उपयोग किया है। दूसरी ओर, पल्स्ड स्क्वीज़्ड प्रकाश स्वाभाविक रूप से समृद्ध मल्टीमॉडल और अस्थायी (temporal) विशेषताएँ प्रदान करता है, जो उच्च-आयामी QI प्रोटोकॉल के लिए बहुत उपयुक्त हैं। ये टाइम-फ़्रीक्वेंसी मल्टीप्लेक्सिंग योजनाओं के साथ भी संगत हैं, जिन्हें स्केलेबल क्वांटम नेटवर्क में लागू किया जा सकता है। इस सेमिनार में, मैं पल्स्ड स्क्वीज़्ड स्टेट्स के निर्माण और उनके लक्षण-निर्धारण (characterisation) पर चर्चा करूँगा, विशेष रूप से एक विशिष्ट विधि—SP-OPO—के माध्यम से, जैसा कि हाल ही में Suerra et al. (2025) द्वारा उपयोग किया गया है।

सेमीकंडक्टर नैनोस्ट्रक्चर आधुनिक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों—जिनमें LED, लेज़र, फोटोडिटेक्टर और मॉड्यूलेटर शामिल हैं—में एक अहम भूमिका निभाते हैं। ऐसा उनकी अनोखी इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल खूबियों और खास वेवलेंथ की ज़रूरतों के हिसाब से एलॉय बनाने की सहूलियत की वजह से है। यह प्रेजेंटेशन फोटोनिक इंटीग्रेटेड सर्किट (PICs) के दायरे में, आधुनिक सेमीकंडक्टर हेट्रोस्ट्रक्चर उपकरणों के डिज़ाइन, एकीकरण और उनकी खूबियों की जाँच-परख पर रोशनी डालती है।

पहला हिस्सा सिलिकॉन फोटोनिक्स के लिए InGaAs/GaAs क्वांटम वेल लेज़र के मोनोलिथिक एकीकरण पर केंद्रित होगा, जिसका मकसद कम लागत वाले ऑन-चिप लाइट सोर्स तैयार करना है। इसमें imec के उन प्रयासों पर खास ज़ोर दिया जाएगा जिनके तहत 300 mm सिलिकॉन वेफर पर CMOS पायलट मैन्युफैक्चरिंग लाइन का इस्तेमाल करके बिजली से चलने वाले लेज़र डायोड बनाए जा रहे हैं; इन प्रयासों को मॉडलिंग और सिमुलेशन अध्ययनों का भी साथ मिल रहा है, जो लेज़र डायोड के डिज़ाइन को दिशा देते हैं।

दूसरा हिस्सा 300 mm सिलिकॉन फोटोनिक्स प्लेटफॉर्म पर Ge(Si) हाई-स्पीड फोटोडिटेक्टर और Franz-Keldysh Electro-Absorption Modulators (FK-EAMs) के एकीकरण पर रोशनी डालेगा। इन उपकरणों के विकास पर इस नज़रिए से चर्चा की जाएगी कि ये 400 Gb/s प्रति-लेन ट्रांसमिशन को मुमकिन बनाने में कैसे मददगार साबित होंगे—जो कि अगली पीढ़ी के ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट्स के लिए एक अहम पड़ाव है।

तीसरा हिस्सा In(Ga)As/GaAs क्वांटम डॉट इन्फ्रारेड फोटोडिटेक्टर (QDIPs) के एपिटैक्सियल विकास और उनकी खूबियों की जाँच-परख पर केंद्रित होगा, जिसमें सुरक्षा और निगरानी के क्षेत्र में उनके इस्तेमाल पर खास ध्यान दिया जाएगा। इसमें स्ट्रेन एनालिसिस, एपिटैक्सियल विकास की प्रक्रियाएँ और CMOS-कम्पैटिबल सिलिकॉन सबस्ट्रेट पर मोनोलिथिक एकीकरण जैसे विषय शामिल होंगे। आखिर में, III–V सेमीकंडक्टर नैनोस्ट्रक्चर की एकल-फोटॉन स्रोत के तौर पर क्षमताओं को खंगाला जाएगा, और क्वांटम संचार तकनीकों के लिए उनकी अहमियत को रेखांकित किया जाएगा।

जोड़ीदार फोटॉनों के स्थानिक वितरण का विभाजन और मल्टीप्लेक्सिंग एक शक्तिशाली तकनीक है, जो द्वि-फोटॉनों के स्थानिक सहसंबंध का लाभ उठाकर नए रैंडम नंबर जनरेशन स्कीम, क्वांटम कुंजी वितरण और कई चैनलों पर क्वांटम नेटवर्क स्थापित करती है। यह दृष्टिकोण न केवल संचार क्षमता को बढ़ाता है, बल्कि बहु-उपयोगकर्ता क्वांटम नेटवर्क के लिए स्केलेबिलिटी का भी समर्थन करता है। हेराल्डेड और एंटैंगल्ड फोटॉनों की स्थानिक विशेषताओं को सावधानीपूर्वक अनुकूलित करके, हम क्वांटम प्रौद्योगिकी उपकरणों के एक नए वर्ग का प्रदर्शन करते हैं, जो रैंडमनेस जनरेशन को बढ़ा सकते हैं, कुंजी वितरण में सुरक्षा में सुधार कर सकते हैं और एक साथ कई क्वांटम संचार लिंक को सक्षम कर सकते हैं।

क्वांटम टेक्नोलॉजी में हाल की प्रगति के लिए मज़बूत, लंबी दूरी के क्वांटम नेटवर्क की ज़रूरत है, ताकि बड़े पैमाने पर क्वांटम जानकारी की प्रोसेसिंग और संचार संभव हो सके। इस लक्ष्य को पाने के लिए, हीरे में स्पिन-समूह पर आधारित एक क्वांटम ट्रांसड्यूसर की कल्पना की गई है, जो माइक्रोवेव से ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी में बदलाव कर सके। ऐसे डिवाइस के लिए, मिलिकेलविन तापमान पर काम करने वाली माइक्रोवेव और ऑप्टिकल कैविटी को एक साथ जोड़ने की ज़रूरत होती है।

इस बातचीत में, मैं सबसे पहले हमारी कम-नुकसान वाली, खुली डाइलेक्ट्रिक (रूटाइल) माइक्रोवेव कैविटी के डिज़ाइन और विशेषताओं पर चर्चा करूँगा, जिसका इस्तेमाल स्पिन को एक साथ चलाने के लिए किया जाता है। रूटाइल के उच्च डाइलेक्ट्रिक स्थिरांक की वजह से, हम मिलिकेलविन तापमान पर लगभग 10⁴ का आंतरिक गुणवत्ता कारक (Qint) हासिल कर पाए। यह गुणवत्ता कारक मुख्य रूप से कैविटी के दोनों तरफ़ मौजूद बड़े छिद्रों की वजह से सीमित हो जाता है, जो ऑप्टिकल पहुँच की अनुमति देते हैं। इसके बाद, मैं फ़ैब्री-पेरोट ऑप्टिकल कैविटी के सफल स्थिरीकरण पर चर्चा करूँगा, जिसमें एक क्रायोजेन-मुक्त डाइल्यूशन रेफ़्रिजरेटर के अंदर एक बड़ा हीरे का क्रिस्टल लगा होता है। कैविटी के साथ लेज़र को लॉक करने के पारंपरिक तरीके के विपरीत, हम एक ऐसा तरीका अपनाते हैं जिसमें कैविटी को लेज़र के साथ लॉक किया जाता है। इस तरीके में कुछ अनोखी चुनौतियाँ आती हैं, जैसे कि रेफ़्रिजरेटर की पल्स ट्यूब (PT) से होने वाले तेज़ यांत्रिक कंपन, क्रायोजेनिक तापमान पर ऑप्टिकल घटकों और पीज़ो एक्चुएटर्स का नाज़ुक होना, और हीरे के क्रिस्टल की वजह से होने वाला उच्च अपवर्तक सूचकांक बेमेल। इस समस्या को हल करने के लिए, हमने अपने हीरे के नमूने की निचली सतह पर उच्च-परावर्तक (HR) कोटिंग की, ताकि वह एक दर्पण का काम कर सके, और ऊपरी सतह पर परावर्तन-रोधी (AR) कोटिंग की। कैविटी को सफलतापूर्वक लॉक करने के लिए पाउंड-ड्रेवर-हॉल (PDH) लॉकिंग तकनीक का इस्तेमाल किया गया; 13 mK तापमान पर हीरे की कैविटी में कैविटी की लंबाई में लगभग 63 pm (rms) का उतार-चढ़ाव देखा गया। मौजूदा कैविटी से जुड़ी फ़िनेस (finesse) लगभग 100 है, और मापी गई लंबाई में उतार-चढ़ाव से पता चलता है कि 10⁴ तक की फ़िनेस हासिल की जा सकती है। अंत में, मैं एक अवधारणा के प्रमाण के तौर पर, ट्रांसडक्शन के शुरुआती परिणाम प्रस्तुत करूँगा।

क्वांटम एंटैंगलमेंट, जो क्वांटम मैकेनिक्स की सबसे दिलचस्प और गैर-क्लासिकल विशेषताओं में से एक है, क्वांटम सूचना प्रोसेसिंग के कई तरह के कामों के लिए एक बुनियादी संसाधन का काम करता है। क्लासिकल सहसंबंधों के विपरीत, एंटैंगल्ड अवस्थाएँ क्वांटम टेलीपोर्टेशन, सुपरडेंस कोडिंग और सुरक्षित क्वांटम संचार जैसी अभूतपूर्व घटनाओं को संभव बनाती हैं। हम एंटैंगलमेंट को परिभाषित करके और उन कामों को संभव बनाने में इसके महत्व को रेखांकित करके शुरुआत करेंगे, जिनका कोई क्लासिकल समकक्ष नहीं है। हालाँकि, ऐसे कामों को पूरा करने के लिए, अलग-अलग पक्षों के बीच एंटैंगलमेंट का वितरण केंद्रीय महत्व रखता है। विशेष रूप से, हम यह जाँच करेंगे कि क्वांटम कैटालिसिस की प्रक्रिया के माध्यम से शोर वाले क्वांटम चैनलों पर एंटैंगलमेंट को कैसे वितरित किया जा सकता है। फिर हम यह पता लगाएंगे कि एंटैंगलमेंट कुछ सूचना प्रोसेसिंग कामों के लिए एक संसाधन के रूप में कैसे काम करता है। उदाहरण के लिए, हम चर्चा करेंगे कि यह माप भेदभाव (measurement discrimination) के कामों के प्रदर्शन को कैसे बेहतर बनाता है। अंत में, हम कुछ थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं में एंटैंगलमेंट की उपयोगिता पर प्रकाश डालेंगे, जो क्वांटम विज्ञान के विभिन्न क्षेत्रों में इसके व्यापक महत्व को प्रदर्शित करता है। इन चर्चाओं के माध्यम से, हमारा उद्देश्य इस बात की गहरी समझ प्रदान करना होगा कि एंटैंगलमेंट विभिन्न सूचना प्रोसेसिंग कामों में एक बहुमुखी और अनिवार्य संसाधन के रूप में कैसे काम करता है।

रोटेशनल स्पेक्ट्रोस्कोपी आणविक ब्रह्मांड की जाँच करने का एक शक्तिशाली साधन है, जो तारे बनने वाले क्षेत्रों के भीतर की भौतिक और रासायनिक स्थितियों के बारे में विस्तृत जानकारी देता है। तारों और ग्रहों का बनना जटिल, बहु-स्तरीय प्रक्रियाओं द्वारा नियंत्रित होता है। आणविक बादलों के भीतर मौजूद घने कोर (n(H₂) > 10^4 cm⁻³) सूर्य जैसे तारों के संभावित जन्मस्थान होते हैं। ये तारे तीन मुख्य चरणों—प्रीस्टेलर कोर, प्रोटोस्टेलर कोर और प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क—से गुज़रते हैं, और फिर ग्रहों की प्रणालियों के रूप में विकसित होते हैं। रोटेशनल स्पेक्ट्रोस्कोपी से मिलने वाले संकेतों का उपयोग करके (जो mm–submm तरंगदैर्ध्य सीमा में आते हैं) आणविक भंडारों (पानी, ड्यूटेरेटेड प्रजातियाँ, जटिल कार्बनिक पदार्थ) की जाँच करके, हम उन रासायनिक मार्गों को बेहतर ढंग से समझ पाते हैं जो इन विकासवादी चरणों को उन आणविक भंडारों से जोड़ते हैं जिनसे ग्रहों की प्रणालियों का बीज पड़ता है। इसके अलावा, आणविक रेखाएँ गुरुत्वाकर्षण, अशांति और तापमान जैसे प्रमुख खगोलभौतिकीय गुणों को उजागर करती हैं, और तारे बनने के शुरुआती चरणों तथा आणविक जटिलता के साथ उसके जुड़ाव के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करती हैं। रेडिएटिव ट्रांसफर से लेकर एस्ट्रोकेमिकल मॉडलिंग तक, विभिन्न प्रकार की मॉडलिंग के साथ प्रेक्षणात्मक डेटा का उपयोग करके, हमारा उद्देश्य तारे बनने के शुरुआती चरणों और डिस्क के विकास के बीच के अंतर को पाटना है। हमारे निष्कर्ष तारे बनने वाले क्षेत्रों में कम द्रव्यमान वाले तारों के निर्माण और रासायनिक जटिलता के बीच के जुड़ाव को समझने में महत्वपूर्ण योगदान देते हैं। यह व्याख्यान मेरे उस कार्य का एक अवलोकन प्रस्तुत करता है जो उन मूलभूत प्रक्रियाओं को उजागर करता है जो आणविक बादलों को तारों और ग्रहों के निर्माण तथा हमारी एस्ट्रोकेमिकल उत्पत्ति से जोड़ती हैं।

एक Linear Feedback Shift Register (LFSR) पर आधारित pseudo random number generator (PRNG) रैंडम सीक्वेंस बनाने का एक कुशल और बहुमुखी तरीका प्रदान करता है, जिसके कई तरह के उपयोग हैं। इस अध्ययन का उद्देश्य एक ऐसा "रैंडम" और कंप्यूटेशन के लिहाज़ से हल्का रिसोर्स विकसित करना है जो क्रिप्टोग्राफिक उपयोग के लिए उपयुक्त हो। रैंडमनेस को बढ़ाने के लिए, हम एक सरल लेकिन प्रभावी XOR-आधारित एल्गोरिदम पेश करते हैं और प्रयोगों के ज़रिए इसके प्रदर्शन की पुष्टि करते हैं। प्रस्तावित तरीके को एक कम लागत वाले FPGA बोर्ड पर लागू किया गया है, जो इसकी व्यावहारिक व्यवहार्यता को दर्शाता है। बनाए गए सीक्वेंस की रैंडमनेस को NIST सांख्यिकीय परीक्षण सूट का उपयोग करके आगे और सत्यापित किया गया। इस चर्चा में, मैं LFSRs के कार्य सिद्धांत पर बात करूँगा और यह बताऊँगा कि उनका उपयोग करके ऐसे रैंडम नंबर कैसे बनाए जा सकते हैं जो NIST सांख्यिकीय परीक्षणों में सफलतापूर्वक उत्तीर्ण होते हैं।

रैंडम फेज़ एप्रोक्सिमेशन (RPA) बाहरी गड़बड़ियों के प्रति इलेक्ट्रॉनों की सामूहिक प्रतिक्रिया को शामिल करके Dirac–Hartree–Fock विधि का विस्तार करता है। यह कोर ध्रुवीकरण और स्क्रीनिंग प्रभावों को ध्यान में रखता है, और यह दर्शाता है कि कैसे इलेक्ट्रॉन बादल किसी लागू क्षेत्र के तहत स्व-संगत रूप से खुद को पुनर्व्यवस्थित करता है। Bohm और Pines द्वारा सामूहिक प्लाज्मा दोलनों के विवरण से उत्पन्न, RPA परमाणुओं के भीतर समान सहसंबंधों को समझने के लिए एक एकीकृत ढांचा प्रदान करता है। परमाणु बहु-निकाय सिद्धांत में, यह माध्य क्षेत्र से परे अवशिष्ट कूलम्ब अंतःक्रिया का प्रभावी ढंग से उपचार करता है, जिससे ध्रुवीकरण, हाइपरफाइन स्थिरांक और समस्थानिक विस्थापन जैसे गुणों में सुधार होता है। इस चर्चा में, मैं इस बात पर चर्चा करूँगा कि कैसे RPA स्वतंत्र-कण मॉडलों और सामूहिक इलेक्ट्रॉनिक व्यवहार के बीच की खाई को भरता है।

प्रकाश-पदार्थ का प्रबल युग्मन मौलिक क्वांटम घटनाओं की खोज और अगली पीढ़ी की ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक और सूचना प्रसंस्करण प्रौद्योगिकियों के विकास के लिए एक शक्तिशाली मंच प्रदान करता है। इस व्याख्यान में, मैं चर्चा करूँगा कि कैसे हाइब्रिड प्रकाश-पदार्थ क्वासीपार्टिकल्स, जिन्हें एक्सिटॉन पोलरिटॉन के रूप में जाना जाता है, जो प्रबल युग्मन के तहत अर्धचालक माइक्रोकेविटी में बनते हैं, एक एकीकृत ढांचे के भीतर शास्त्रीय और क्वांटम दोनों कार्यात्मकताओं को सक्षम बनाते हैं। मैं एक्सिटॉन पोलरिटॉन के अद्वितीय गुणों - जैसे कि प्रबल अरैखिकता, अति तीव्र गतिशीलता और स्पिन-निर्भर प्रतिक्रियाओं - पर प्रकाश डालते हुए शुरुआत करूँगा, जो अति निम्न-थ्रेशोल्ड लेज़िंग और मजबूत कमरे के तापमान पर संघनन की अनुमति देते हैं। ये विशेषताएं उन्हें न्यूरोमॉर्फिक और स्पिनट्रॉनिक कंप्यूटिंग के लिए आदर्श उम्मीदवार बनाती हैं, जहां प्रकाश एक साथ सूचना के वाहक और प्रोसेसर के रूप में कार्य करता है। इसके बाद मैं दिखाऊंगा कि कैसे अरैखिकता, क्वांटम सुसंगतता, परिमित जीवनकाल और स्पिन स्वतंत्रता की डिग्री का परस्पर मेल अपरंपरागत क्वांटम परिवहन घटनाओं को जन्म देता है, जिसमें ऑप्टिकल स्पिन-हॉल प्रभाव और गैर-हर्मिटियन स्किन मोड शामिल हैं। क्वांटम क्षेत्र में, मैं पोलरिटॉन-आधारित एकल-फोटॉन स्रोतों, टोपोलॉजिकली संरक्षित क्वांटम उपकरणों और परस्पर क्रिया करने वाले पोलरिटॉन कंडेनसेट के नेटवर्क का उपयोग करके क्वांटम जलाशय कंप्यूटिंग जैसे उभरते दृष्टिकोणों की संभावनाओं पर चर्चा करूंगा। अंत में, मैं पोलरिटॉन क्यूबिट्स और स्केलेबल क्वांटम सूचना आर्किटेक्चर को साकार करने की दिशा में भविष्य की दिशाओं की रूपरेखा प्रस्तुत करूंगा। ये सभी विकास मिलकर एक्सिटॉन पोलरिटॉन को संघनित पदार्थ भौतिकी, फोटोनिक्स और क्वांटम सूचना विज्ञान को जोड़ने वाले एक आशाजनक मंच के रूप में स्थापित करते हैं।

खतरनाक प्रीकर्सर (शुरुआती पदार्थों) के बिना, किसी तरल में डूबे हुए टारगेट मटीरियल के साथ लेज़र बीम के इंटरैक्शन का इस्तेमाल करके बहुत शुद्ध नैनोपार्टिकल्स बनाने पर काफी रिसर्च की जा रही है। इस तकनीक को 'पल्स्ड लेज़र एब्लेशन इन लिक्विड्स' (PLAL) के नाम से जाना जाता है। डूबे हुए टारगेट की सतह पर लेज़र डालने से एक एनर्जेटिक प्लाज़्मा बनता है, जो आसपास के तरल माध्यम के दबाव के विपरीत एडियाबेटिक रूप से फैलता है। लेज़र से बने प्लाज़्मा के बाद एक बड़ा बुलबुला (मैक्रो-बुलबुला) बनता है, जो कई सौ माइक्रोसेकंड तक हिलता-डुलता रहता है। ब्रेकडाउन क्षेत्र में अचानक बनने वाला ज़्यादा दबाव और तापमान, टारगेट के कणों और आयनित तरल अणुओं के बीच असंतुलित बॉन्डिंग को बढ़ावा देता है। यह स्थिति मेटल ऑक्साइड क्लस्टर बनने की प्रक्रिया की शुरुआत का संकेत है, जिससे नैनोपार्टिकल्स बनते हैं। PLAL में इस्तेमाल होने वाला माध्यम अक्सर पानी या दूसरे सुरक्षित सॉल्वैंट्स हो सकते हैं, जिससे यह प्रक्रिया पर्यावरण के लिए सुरक्षित बन जाती है। खतरनाक बाय-प्रोडक्ट्स बनाए बिना, यह कई तरह के नैनोपार्टिकल्स बना सकता है, जिनमें मेटल्स, ऑक्साइड्स और कार्बन-आधारित मटीरियल शामिल हैं।

इस रिसर्च का मकसद बाहरी प्रभावों—जैसे इलेक्ट्रिक या मैग्नेटिक फील्ड—की मौजूदगी में PLAL का इस्तेमाल करके Mn2O3 नैनोपार्टिकल्स बनाना था। इस तरीके से बनने वाले नैनोपार्टिकल्स के आकार, बनावट और क्रिस्टल फेज़ पर बाहरी इलेक्ट्रिक या मैग्नेटिक फील्ड के असर के बारे में कई रिपोर्ट्स मौजूद हैं। हालाँकि, इस तरीके से बनाए गए नैनोपार्टिकल्स के विकास पर इलेक्ट्रिक या मैग्नेटिक फील्ड के असर की जाँच करने के लिए कोई गहरी सैद्धांतिक स्टडी मौजूद नहीं है। इस सैद्धांतिक विश्लेषण के लिए ब्रेकडाउन क्षेत्र में होने वाली हलचलों से जुड़े पैरामीटर्स की ज़रूरत होती है, जिसमें तरल-गति विज्ञान (fluid dynamics) की मदद से बनने वाले मैक्रो-बुलबुले का दबाव भी शामिल है। इसलिए, प्लाज़्मा के पैरामीटर्स और मैक्रो-बुलबुले की हलचलों पर बाहरी फील्ड्स के असर की जाँच करने और सैद्धांतिक मॉडल बनाने के लिए 'लेज़र-इंड्यूस्ड ब्रेकडाउन स्पेक्ट्रोस्कोपी' (LIBS) और 'बीम डिफ्लेक्शन सेट-अप' (BDS) का इस्तेमाल किया जाता है।

कई तरह की जाँच तकनीकों—जैसे अल्ट्रावॉयलेट-विज़िबल (UV-Vis) स्पेक्ट्रोमीटर, फोटोल्यूमिनेसेंस (PL) स्पेक्ट्रोमीटर, माइक्रो-रामन स्पेक्ट्रोमीटर, X-रे डिफ्रैक्शन (XRD), ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (TEM), स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM), और एनर्जी-डिस्पर्सिव X-रे एनालिसिस (EDX)—का इस्तेमाल करके, 'इलेक्ट्रिक फील्ड असिस्टेड लेज़र एब्लेशन इन लिक्विड्स' (EFLAL) या 'मैग्नेटिक फील्ड असिस्टेड लेज़र एब्लेशन इन लिक्वids' (MFLAL) के ज़रिए बनाए गए Mn2O3 नैनोपार्टिकल्स की जाँच की जाती है।

लेज़र से बनने वाले और हिलते-डुलते रहने वाले मैक्रो-बुलबुलों पर कई स्टडीज़ हुई हैं, जबकि माइक्रो-बुलबुलों पर बहुत कम स्टडीज़ की जा रही हैं। शैडोग्राफी तस्वीरों से यह देखा गया है कि ऑसिलेटिंग मैक्रो-बबल के आस-पास माइक्रो-बबल बनते हैं। यह अध्ययन EFLAL में इलेक्ट्रिक फ़ील्ड बनाने के लिए इस्तेमाल होने वाले इलेक्ट्रोड पर नैनोपार्टिकल्स जमा करने के लिए ट्रांसपोर्ट मीडिया के तौर पर माइक्रो-बबल की भूमिका पर केंद्रित है। जैसे-जैसे मैक्रो-बबल ऑसिलेट करता है, यह अपनी दीवार के बाहर एक स्ट्रीमलाइन फ़्लो पैदा करता है, जो नैनोपार्टिकल्स जमा करने के लिए माइक्रो-बबल को इलेक्ट्रोड की ओर धकेलता है। इसलिए, सबस्ट्रेट (इलेक्ट्रोड) को फैलते हुए प्लाज़्मा के समानांतर रखने से नैनोपार्टिकल्स के जमा होने में आसानी हो सकती है। इस अध्ययन को आगे यह जाँचने के लिए बढ़ाया गया है कि क्या सिंथेसाइज़ किए गए Mn2O3 नैनोपार्टिकल्स प्रोटीन फ़ाइब्रिलेशन को बढ़ावा देते हैं या रोकते हैं, जो कई न्यूरोडीजेनेरेटिव बीमारियों का मुख्य कारण है।

कीवर्ड: PLAL, LIBS, BDS, EFLAL, MFLAL, Mn2O3, इलेक्ट्रिक फ़ील्ड, मैग्नेटिक फ़ील्ड, प्लाज़्मा, मैक्रो-बबल, माइक्रो-बबल, मैंगनीज़, पानी, जमा होना, न्यूक्लिएशन, और नैनोपार्टिकल का विकास।

क्वांटम एंटैंगलमेंट, क्वांटम मैकेनिक्स की सबसे असाधारण और गैर-शास्त्रीय विशेषताओं में से एक है, जो क्वांटम सूचना विज्ञान के तेज़ी से बढ़ते क्षेत्र में एक केंद्रीय भूमिका निभाता है। इस प्रकार, एंटैंगलमेंट को कैसे पहचाना और मापा जाए, इसे समझना मौलिक रूप से महत्वपूर्ण है। यह सेमिनार एंटैंगलमेंट के मूलभूत पहलुओं और इसके व्यापक अनुप्रयोगों, दोनों की पड़ताल करेगा। इसे दो भागों में संरचित किया गया है: पहला भाग एंटैंगल्ड अवस्थाओं की पहचान और उनके रूपांतरण पर केंद्रित है, जबकि दूसरा भाग उन लाभों पर प्रकाश डालता है जो एंटैंगलमेंट विभिन्न क्वांटम सूचना प्रसंस्करण कार्यों में प्रदान करता है।

क्वांटम सूचना विज्ञान में प्रस्तुत क्वांटम संसाधन सिद्धांत, विभिन्न संसाधनों—उदाहरण के लिए, एंटैंगलमेंट—का वर्णन करने और विभिन्न सूचना प्रसंस्करण कार्यों में उनकी भूमिका का अध्ययन करने का एक गणितीय रूप से सुदृढ़ तरीका प्रदान करते हैं। किसी भी क्वांटम संसाधन सिद्धांत में दो मौलिक समस्याएं हैं: अवस्था परिवर्तनीयता (state convertibility) और संसाधन परिमाणीकरण (resource quantification)। ये दोनों समस्याएं—अवस्था परिवर्तनीयता और संसाधन परिमाणीकरण—वास्तव में आपस में घनिष्ठ रूप से जुड़ी हुई हैं। हम किसी भी मनमाने संसाधन सिद्धांत के लिए एक संसाधन-सैद्धांतिक ढांचे का उपयोग करके इस संबंध पर चर्चा करेंगे, जिसमें एंटैंगलमेंट का संसाधन सिद्धांत भी शामिल है। हम क्वांटम उत्प्रेरण (quantum catalysis) की अवधारणा भी प्रस्तुत करेंगे, जिसमें एक अतिरिक्त प्रणाली—जिसे उत्प्रेरक (catalyst) के रूप में जाना जाता है—कुछ क्वांटम रूपांतरणों को संभव बनाती है, बिना इस प्रक्रिया में स्वयं उपभोग हुए या बदले हुए। विशेष रूप से, यह ऐसे अवस्था रूपांतरणों को संभव बना सकता है जो अन्यथा असंभव होते।

इसके बाद हम दिखाएंगे कि उत्प्रेरण के इस विचार को दूरस्थ पक्षों के बीच एंटैंगलमेंट वितरण पर कैसे लागू किया जा सकता है—जो क्वांटम नेटवर्क बनाने में एक प्रमुख चुनौती है। अंत में, हम क्वांटम ऊष्मप्रवैगिकी (quantum thermodynamics) में एंटैंगलमेंट की भूमिका की पड़ताल करेंगे, विशेष रूप से कार्य निष्कर्षण और शीतलन जैसे कार्यों में। हम देखेंगे कि एंटैंगलमेंट शास्त्रीय परिदृश्यों की तुलना में महत्वपूर्ण लाभ प्रदान कर सकता है—कभी-कभी ऐसे लाभ जो प्रणालियों के आयाम (dimension) के साथ बढ़ते हैं।

परमाणु पदार्थों के रासायनिक लक्षण वर्णन (तत्वीय और समस्थानिक विश्लेषण) के पारंपरिक तरीके थकाऊ, श्रमसाध्य, समय लेने वाले और सीमित हैं। प्रस्तुत कार्य में दो लेजर आधारित विश्लेषणात्मक तकनीकों, LIBS (लेजर प्रेरित ब्रेकडाउन स्पेक्ट्रोस्कोपी) और LIMS (लेजर आयनीकरण मास स्पेक्ट्रोमेट्री) का उपयोग करके पारंपरिक तकनीकों की कमियों को दूर करने वाली नई/वैकल्पिक तकनीकों को प्रस्तावित और मान्य करने पर ध्यान केंद्रित किया गया है। यह कार्य अत्यंत चुनौतीपूर्ण था और नवीन कार्यप्रणालियों को अपनाकर परमाणु ईंधन चक्र में कई महत्वपूर्ण चुनौतियों का समाधान करने में सक्षम रहा। LIBS की सीमाओं को दूर करते हुए, तरल, ठोस और गैसीय नमूनों के विश्लेषण के लिए इसका उपयोग किया गया है। लेजर फ्लुएंस को समायोजित करके पूर्व-रासायनिक पृथक्करण के बिना समदाबी हस्तक्षेप को हल करने के लिए पहली बार LIMS का उपयोग किया गया है।

कम तापमान वाले प्लाज़्मा और पानी के बीच की परस्पर क्रिया से पानी के गुणों में ज़बरदस्त बदलाव आते हैं, जिससे अत्यधिक प्रतिक्रियाशील नाइट्रोजन और ऑक्सीजन प्रजातियाँ (RONS) उत्पन्न होती हैं। अध्ययन के इस क्षेत्र ने अपने आशाजनक अनुप्रयोगों के कारण काफी ध्यान आकर्षित किया है, विशेष रूप से प्लाज़्मा-सक्रिय पानी (PAW) के अभिनव क्षेत्र में। अपने हालिया काम में, हमने प्लाज़्मा-सक्रिय पानी बनाने के लिए एक अनोखा डिज़ाइन पेश किया है, जहाँ डिस्चार्ज हवा-पानी के इंटरफ़ेस के साथ प्रभावी ढंग से फैलता है, जिससे पानी में नाइट्रोजन स्थिरीकरण काफी बढ़ जाता है। यह रिएक्टर एक 3D-प्रिंटेड प्लास्टिक का बर्तन है, जिसे प्लास्टिक ब्लेड द्वारा तीन अलग-अलग हिस्सों में बांटा गया है; इसमें एक हाई-वोल्टेज (HV) मध्य इलेक्ट्रोड और दो ग्राउंडेड इलेक्ट्रोड होते हैं। इस काम में, हम विभिन्न ऑप्टिकल डायग्नोस्टिक्स का उपयोग करके तीनों हिस्सों—HV, ग्राउंड और ब्लेड के केंद्र—के भीतर प्लाज़्मा-प्रेरित उत्सर्जन की स्थानिक विशेषताओं की विस्तृत जाँच प्रस्तुत करते हैं; इन डायग्नोस्टिक्स में तेज़ फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब (PMTs), इंटेंसिफाइड चार्ज-कपल्ड इमेजिंग डिवाइस (ICCDs), और उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी शामिल हैं। डिस्चार्ज चरणों और उनकी विशेषताओं का व्यापक विश्लेषण, जिसमें अल्ट्राफ़ास्ट इमेजिंग और ऑप्टिकल उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग किया गया, उनके विद्युत गुणों के साथ मिलकर किया गया। हमारे निष्कर्ष एक विशिष्ट डिस्चार्ज आकृति विज्ञान के निर्माण का संकेत देते हैं, जिसकी विशेषता शुरू में एक विसरित स्ट्रीमर चरण होती है, जो बाद में तंतुमय व्यवहार वाले एक स्पार्क चरण में बदल जाती है। यह काम प्लाज़्मा-तरल परस्पर क्रियाओं के बारे में हमारी समझ को बढ़ाता है और प्लाज़्मा-सक्रिय पानी तथा नाइट्रोजन स्थिरीकरण में व्यावहारिक प्रगति के लिए एक स्पष्ट मार्ग स्थापित करता है। इस चर्चा में बताई गई तकनीकें, जैसे कि तेज़ इमेजिंग और समय-स्थान-समाधानित विशेषताएँ, PRL में पिकोसेकंड लेज़र-उत्पादित प्लाज़्मा की प्रस्तावित परियोजना की जाँच के लिए भी उपयोग की जाएँगी।

एन्टैंगल्ड फ़ोटॉन स्रोत बनाना, प्रायोगिक क्वांटम ऑप्टिक्स के मुख्य प्रयोगों में से एक रहा है। स्पॉन्टेनियस पैरामीट्रिक डाउन कन्वर्ज़न (SPDC) से मिलने वाले, अत्यधिक सह-संबंधित, और समय व स्थान के हिसाब से रैंडम फ़ोटॉन जोड़ों का इस्तेमाल करने वाली अलग-अलग पोस्ट-प्रोसेसिंग योजनाओं ने फ़ोटॉन जोड़ों के बीच एन्टैंगलमेंट मुमकिन बनाया है। हम चाहे कोई भी योजना अपनाएँ, मुख्य चुनौती सुपरपोज़्ड फ़ोटोनिक अवस्था के स्रोत (या स्रोतों) और पथ (या पथों) को एक-दूसरे से अलग न पहचान पाने लायक बनाने में है।

इस बातचीत में, मैं एक नॉन-कोलिनियर SPDC से मिलने वाले, और तिरछे विपरीत बिंदुओं से इकट्ठा किए गए, दो स्थानिक रूप से रैंडम जोड़ों की मल्टीप्लेक्सिंग का इस्तेमाल करके पोलराइज़ेशन एन्टैंगलमेंट स्थापित करने का एक नया तरीका पेश करूँगा। हमारे काम के मुख्य निष्कर्ष हैं—एक एन्टैंगल्ड फ़ोटॉन जोड़े का दो-फ़ोटॉन इंटरफ़ेरेंस प्रभाव, और फ़ोटॉनों के ब्रॉडबैंड संग्रह के साथ एन्टैंगलमेंट का पता लगाना; जो मौजूदा योजनाओं में हासिल करना बहुत मुश्किल है। हमने अपने परिणामों को अलग-अलग बाहरी मापदंडों के हिसाब से भी परखा है, जो संभावित रूप से सिस्टम को बिगाड़ सकते हैं।

खगोल रासायनिक वातावरण में अणुओं और बर्फ की उल्लेखनीय विविधता पाई जाती है, जो निरंतर ऊर्जावान विकिरण क्षेत्रों द्वारा संसाधित होती रहती है। ये अंतःक्रियाएं आणविक संरचना, स्थिरता और रूपांतरण मार्गों को निर्धारित करती हैं, जो अंततः ब्रह्मांड की रासायनिक जटिलता को आकार देती हैं। इसलिए खगोलीय प्रेक्षणों की भविष्यवाणी और व्याख्या के लिए सैद्धांतिक मॉडलिंग आवश्यक है। इस प्रस्तुति में, मैं घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत, उच्च-स्तरीय तरंग फ़ंक्शन-आधारित विधियों और बोर्न-ओपेनहाइमर आणविक गतिशीलता सिमुलेशन का उपयोग करके गैसीय और संघनित दोनों अवस्थाओं में खगोल रासायनिक प्रणालियों की इलेक्ट्रॉनिक संरचना, स्पेक्ट्रोस्कोपी और विकिरण-संचालित रसायन विज्ञान की जांच करने के हमारे हालिया प्रयासों पर चर्चा करूंगा। केस स्टडी में C2H4O2 आइसोमर, बेंजीन डाइकेटायन, असामान्य C-Cl बहु-बंधन वाले अणु, हाइड्रोजनीकृत फुलरीन, हीलियम युक्त प्रणालियां और मैग्नीशियम युक्त कार्बन श्रृंखलाएं MgCnH शामिल हैं। हम उच्च ऊर्जा परिस्थितियों में संतृप्त कार्बनिक पदार्थों को असंतृप्त π-समृद्ध अणुओं में परिवर्तित करने वाले विखंडन मार्गों का भी अध्ययन करते हैं और खगोल रसायन विज्ञान और खगोल जीव विज्ञान में बोरॉन युक्त प्रजातियों की भूमिका का पता लगाते हैं। ठोस अवस्था तक विस्तार करते हुए, हम आणविक बर्फ के अवरक्त और निर्वात-पराबैंगनी प्रकाश-अवशोषण स्पेक्ट्रा की गणना के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं, जो घने बादलों और बर्फीले पिंडों में फोटॉन-संचालित रसायन विज्ञान मॉडल के लिए महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करता है। अंत में, पराबैंगनी और कोमल एक्स-किरणों के तहत इथेनॉलमाइन प्रकाश रसायन विज्ञान के सिमुलेशन CH2NH2+ के निर्माण की भविष्यवाणी करते हैं, जो Sgr B2 जैसे गर्म कोर वातावरण में खगोलीय पहचान के लिए एक आशाजनक लक्ष्य है। सामूहिक रूप से, ये परिणाम दर्शाते हैं कि कैसे सैद्धांतिक अंतर्दृष्टि विविध खगोल रासायनिक सेटिंग्स में आणविक विकास और पहचान की हमारी समझ को आगे बढ़ाती है।

एस्ट्रोकेमिस्ट ISM में मौजूद बेहद मुश्किल परिस्थितियों में धूल के कणों की भौतिक-रासायनिक प्रकृति को समझने की कोशिश कर रहे हैं। ISM के अलग-अलग हिस्सों में मौजूद कई मज़बूत ऊर्जा स्रोतों में से एक शॉक वेव है। हालाँकि, इंटरस्टेलर केमिस्ट्री में उनके महत्व के बावजूद, धूल के कणों पर शॉक प्रोसेसिंग की लैबोरेटरी जाँच अब तक सीमित ही रही है।
2019 से, हम PRL में 'हाई इंटेंसिटी शॉक ट्यूब फॉर एस्ट्रोकेमिस्ट्री' (HISTA) का इस्तेमाल करके इंटरस्टेलर शॉक की स्थितियों को सिम्युलेट कर रहे हैं और शॉक-धूल के बीच होने वाली प्रतिक्रियाओं की जाँच कर रहे हैं। इस सेमिनार में, मैं HISTA से मिले कुछ मुख्य नतीजों को पेश करूँगा, और अंतरिक्ष में एस्ट्रोकेमिस्ट्री और धूल के विकास पर उनके प्रभावों पर रोशनी डालूँगा।

ठोस लक्ष्यों के साथ परस्पर क्रिया करने वाली अत्यंत तीव्र लेज़र पल्स, एक गर्म और सघन प्लाज़्मा उत्पन्न करती हैं; यह प्लाज़्मा आयनों को MeV ऊर्जा स्तर तक त्वरित करने और तीव्र, अति-तीव्र X-ray विस्फोट उत्पन्न करने में सक्षम होता है। इस व्याख्यान में, लेज़र-आयन त्वरण के मूल सिद्धांतों और उससे संबंधित कार्यप्रणाली को स्पष्ट किया जाएगा। हमारी प्रयोगशाला में ऐसी प्रक्रियाओं के अध्ययन के संबंध में की गई पहलों पर चर्चा की जाएगी। प्रयोगशाला में ही विकसित स्पेक्ट्रोमीटर के साथ किए गए प्रयोगों से प्राप्त प्रारंभिक परिणाम, तथा भविष्य के लिए नियोजित प्रयोगों को प्रस्तुत किया जाएगा।

क्षार धातुओं के परमाणुओं को आमतौर पर उच्च परिशुद्धता मापन से संबंधित विभिन्न अध्ययनों के लिए प्राथमिकता दी जाती है, क्योंकि इनकी इलेक्ट्रॉनिक संरचना सरल होती है और इनके गुणधर्म अच्छी तरह से ज्ञात होते हैं। विशेष रूप से, सीज़ियम परमाणु को प्रयोगों में प्राथमिकता दी जाती है, जो सबसे भारी गैर-रेडियोधर्मी क्षार परमाणु है। बाह्य विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति में, परमाणु प्रणाली के इलेक्ट्रॉनिक आवेश वितरण में विकृति उत्पन्न होती है, जिससे गोलाकार समरूपता का ह्रास होता है। इस प्रतिक्रिया को प्रणाली की विद्युत ध्रुवीकरण क्षमता द्वारा मापा जाता है। विभिन्न बहुध्रुवीय योगदानों में, विद्युत द्विध्रुव ध्रुवीकरण क्षमता प्रमुख पद है। परमाणु प्रणालियों का उपयोग करके उच्च परिशुद्धता मापन में प्रकाश विस्थापन के कारण होने वाले व्यवस्थित प्रभावों का अनुमान लगाने के लिए ध्रुवीकरण क्षमता का सटीक अनुमान लगाना आवश्यक है।

इस व्याख्यान में, मैं रैखिक प्रतिक्रिया विधि का उपयोग करते हुए लिथियम, सोडियम, पोटेशियम और सीज़ियम क्षार परमाणुओं की विभिन्न परमाणु अवस्थाओं की स्थिर विद्युत द्विध्रुव ध्रुवीकरण क्षमताओं के अदिश और टेंसर घटकों की प्रथम-सिद्धांत गणना प्रस्तुत करूँगा। डिराक-हार्ट्री-फॉक विधि, बहु-पिंड विक्षोभ सिद्धांत, यादृच्छिक चरण सन्निकटन और एकल एवं दोहरे सन्निकटन वाले सापेक्षतावादी युग्मित-समूह सिद्धांत से प्राप्त परिणामों की तुलना की जाती है।

प्रकाश-उत्तेजित अणुओं की गतिशीलता, जो एक-अणुक वियोजन से गुज़रते हैं, बहुत जटिल और पेचीदा हो सकती है, जिससे जटिल अभिक्रिया गतिशीलता उत्पन्न होती है। पिछले कुछ वर्षों में, हमारे शोध समूह ने जटिल अभिक्रिया गतिशीलता को समझने के लिए कई प्रकार के अणुओं और आणविक गुच्छों का अध्ययन किया है, जिसमें 'रोमिंग-मध्यस्थता वाला समावयवीकरण और वियोजन' शामिल है। रोमिंग मध्यवर्ती (roaming intermediates) वाली अभिक्रियाओं के उत्कृष्ट उदाहरणों में से एक नाइट्रो-ऐरोमैटिक यौगिकों का वियोजन है। यहाँ, NO (नाइट्रिक ऑक्साइड) के उत्सर्जन पर रोमिंग-मध्यस्थता वाले समावयवीकरण की गतिशीलता को समझने के लिए, बेंजीन वलय पर प्रतिस्थापनों और वलय में किए गए संशोधनों के प्रभाव की जाँच की गई। इन अवलोकनों के आधार पर, एक नई 'हैंड-होल्डिंग' क्रियाविधि प्रस्तावित की गई है। इसके अतिरिक्त, अभिक्रियाओं के एक सामान्य वर्ग की जाँच कई आणविक गुच्छों में की गई, जिसमें रोमिंग-मध्यस्थता वाला समावयवीकरण और वियोजन शामिल हैं।