थियोडोर डब्ल्यू. हैंश: वह भौतिक विज्ञानी जिसने प्रकाश की गणना की

प्रकाश प्रति सेकंड लगभग एक मिलियन बिलियन बार दोलन करता है। बीसवीं सदी के अधिकांश समय तक, इसने ऑप्टिकल आवृत्तियों को प्रभावी रूप से अगणनीय बना दिया था - कोई भी इलेक्ट्रॉनिक्स इसके साथ तालमेल नहीं बिठा सका, और भौतिकविदों को उन्हें तुलना की इतनी श्रमसाध्य अप्रत्यक्ष श्रृंखलाओं द्वारा मापना पड़ा कि दुनिया भर में केवल मुट्ठी भर प्रयोगशालाओं ने ही उनका प्रयास किया। थियोडोर हैंश ने वह उपकरण बनाया जो उन्हें सीधे गिनता है। ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी कॉम्ब ने भौतिकी में सबसे कठिन माप को कुछ ऐसा बना दिया जिसे एक स्नातक छात्र बेंचटॉप पर कर सकता है, और इसने उन्हें 2005 के भौतिकी में नोबेल पुरस्कार का एक चौथाई हिस्सा दिलाया।

हीडलबर्ग

हैंश का जन्म 30 अक्टूबर 1941 को जर्मनी में हुआ था, और उन्होंने हीडलबर्ग के हेल्महोल्ट्ज़-जिम्नेजियम में शिक्षा प्राप्त की थी। वह विश्वविद्यालय के लिए शहर में ही रहे, और 1960 के दशक के दौरान हीडलबर्ग विश्वविद्यालय में अपना डिप्लोमा और डॉक्टरेट दोनों प्राप्त किया - वह दशक जिसमें लेजर 1960 में प्रदर्शित एक जिज्ञासा से बढ़कर प्रायोगिक प्रकाशिकी का केंद्रीय उपकरण बन गया। हैंश का करियर अनिवार्य रूप से उस उपकरण को सटीकता के अर्थ की सीमाओं तक ले जाने का रहा।

स्टैनफोर्ड और शालो

1970 में उन्होंने स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में नाटो पोस्टडॉक्टरल फेलो के रूप में अटलांटिक पार किया, और आर्थर एल. शालो के समूह में शामिल हो गए, जिन्होंने लेजर अवधारणा का सह-आविष्कार किया था और 1981 में अपना नोबेल पुरस्कार प्राप्त किया। फेलोशिप 1972 तक चली, और स्टैनफोर्ड ने उन्हें बनाए रखा: उन्होंने 1986 तक वहां सहायक प्रोफेसर के रूप में कार्य किया। शालो प्रयोगशाला सही समय पर सही जगह थी, और हैंश का आगमन उनके पहले बड़े आविष्कार के साथ हुआ।

ट्यूनेबल लेजर

1970 में ही हैंश ने असाधारण रूप से उच्च स्पेक्ट्रल रिज़ॉल्यूशन की पल्स उत्पन्न करने वाला एक लेजर तैयार किया - लगभग एक मिलियन में एक भाग की सटीकता, जो उस समय उपलब्ध किसी भी चीज़ से कहीं अधिक थी। मुख्य नवाचार ग्रेटिंग-ट्यून्ड लेजर ऑसिलेटर में इंट्राकैविटी टेलीस्कोपिक बीम विस्तार को पेश करना था, जिसने पहला संकीर्ण-लाइनविड्थ ट्यूनेबल लेजर प्रदान किया।

उस वाक्यांश का महत्व स्पष्टीकरण के योग्य है। एक लेजर एक एकल, स्पष्ट रूप से परिभाषित रंग पर प्रकाश उत्पन्न करता है, जो इसे उपयोगी बनाता है; लेकिन एक निश्चित रंग केवल तभी उपयोगी होता है जब वह उस परमाणु संक्रमण से मेल खाता है जिसका आप अध्ययन करना चाहते हैं। संकीर्ण लाइनविड्थ वाला एक ट्यूनेबल लेजर स्पेक्ट्रली शुद्ध रहते हुए किसी भी चुनी हुई आवृत्ति पर डायल किया जा सकता है, जिसका अर्थ है कि एक प्रयोगकर्ता किसी विशिष्ट परमाणु में एक विशिष्ट क्वांटम संक्रमण को संबोधित कर सकता है और सीधे उसका परीक्षण कर सकता है। एक कार्यशील अनुशासन के रूप में लेजर स्पेक्ट्रोस्कोपी उस क्षमता से शुरू होती है।

हाइड्रोजन

हैंश ने उपकरण को ब्रह्मांड के सबसे सरल परमाणु की ओर मोड़ दिया। हाइड्रोजन - एक प्रोटॉन, एक इलेक्ट्रॉन - एकमात्र ऐसा परमाणु है जिसके ऊर्जा स्तरों की क्वांटम सिद्धांत अनिवार्य रूप से सटीक गणना कर सकता है, जो इसे माप के खिलाफ सिद्धांत का परीक्षण करने के लिए प्राकृतिक स्थान बनाता है। हाइड्रोजन संक्रमण की अनुमानित और देखी गई आवृत्ति के बीच कोई भी विसंगति स्वयं मौलिक भौतिकी में एक विसंगति है।

अपने ट्यूनेबल लेजर का उपयोग करते हुए, हैंश ने हाइड्रोजन की बाल्मर लाइन की संक्रमण आवृत्ति को ऐसी सटीकता के साथ मापा जिसके करीब कोई नहीं पहुंचा था। बाद में, उन उपकरणों के साथ जो इसके बाद आए, उन्होंने लाइमैन लाइन के माप को सौ ट्रिलियन में एक भाग तक पहुंचा दिया। उस रिज़ॉल्यूशन पर, हाइड्रोजन परमाणु एक मेट्रोलॉजिकल मानक बन जाता है: यह रिडबर्ग स्थिरांक को ठीक करता है, प्रोटॉन के आकार को सीमित करता है, और अपनी वैधता के किनारे पर क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स का परीक्षण करता है।

फ्रीक्वेंसी कॉम्ब

आगे बढ़ने में बाधा गिनती थी। ऑप्टिकल रेंज में आवृत्तियां पारंपरिक तरीके से घड़ी के खिलाफ मापे जाने के लिए बहुत तेज़ हैं, और अंतर को पाटने के लिए बनाई गई विस्तृत आवृत्ति श्रृंखलाएं कमरे के आकार की, स्वभाव वाली और लगभग कहीं भी उपलब्ध नहीं थीं।

1990 के दशक के अंत में, गार्शिंग में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट में, हैंश ने ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी कॉम्ब जनरेटर विकसित किया। एक कॉम्ब एक लेजर है जो अल्ट्राशॉर्ट पल्स की एक अत्यंत नियमित ट्रेन उत्पन्न करता है जिसका स्पेक्ट्रम समान रूप से दूरी वाले, सटीक रूप से ज्ञात आवृत्तियों के लाखों से बना होता है - आवृत्ति स्थान में एक शासक, दांतों के साथ। किसी भी अज्ञात ऑप्टिकल आवृत्ति की तुलना निकटतम दांत से की जा सकती है, और कॉम्ब को स्वयं एक माइक्रोवेव परमाणु घड़ी से लॉक किया जा सकता है। परिणाम उन रेडियो आवृत्तियों के बीच एक सीधा संबंध था जिन्हें एक घड़ी गिन सकती है और दृश्य प्रकाश की ऑप्टिकल आवृत्तियां, जो उन विधियों की तुलना में लाखों गुना अधिक सटीक माप प्रदान करती हैं जिन्हें इसने प्रतिस्थापित किया।

परिणाम व्यापक हैं। ऑप्टिकल परमाणु घड़ियां, उपग्रह नेविगेशन, सापेक्षता के परीक्षण, और ब्रह्मांडीय समय पर मौलिक स्थिरांक के बहाव की खोज सभी कॉम्ब पर टिकी हैं। यदि फाइन-स्ट्रक्चर स्थिरांक धीरे-धीरे बदल रहा है, तो कॉम्ब वह उपकरण है जो इसका पता लगाएगा।

नोबेल

2005 में हैंश को लेजर-आधारित सटीक स्पेक्ट्रोस्कोपी के विकास में योगदान के लिए भौतिकी में नोबेल पुरस्कार का एक चौथाई हिस्सा मिला, जिसमें ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी कॉम्ब तकनीक शामिल थी, उन्होंने यह पुरस्कार जॉन एल. हॉल और रॉय जे. ग्लौबर के साथ साझा किया। मान्यता दो दशकों से जमा हो रही थी: 1983 में भौतिकी में कॉमस्टॉक पुरस्कार, 1986 में अल्बर्ट ए. माइकलसन पदक, 1989 में गॉटफ्राइड विल्हेम लीबनिज पुरस्कार, 1995 में लेजर विज्ञान के लिए आइंस्टीन पुरस्कार, 1996 में आर्थर एल. शालो पुरस्कार, 2000 में स्टर्न-गेरलाच पदक। नोबेल वर्ष ने अन्य पुरस्कारों का एक समूह लाया: ओटो हन पुरस्कार, आई. आई. रबी पुरस्कार और फ्रेडरिक इव्स पदक। ऑप्टिकल सोसाइटी ऑफ अमेरिका ने 2008 में उन्हें मानद सदस्य बनाया।

म्यूनिख

हैंश 1986 में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर क्वांटम ऑप्टिक्स के निदेशक के रूप में जर्मनी लौट आए, और म्यूनिख के लुडविग मैक्सिमिलियन विश्वविद्यालय में प्रायोगिक भौतिकी और लेजर स्पेक्ट्रोस्कोपी के प्रोफेसर का पद संभाला। उनकी प्रयोगशाला आधुनिक प्रकाशिकी में सबसे उत्पादक प्रशिक्षण मैदानों में से एक रही है; उनके डॉक्टरेट छात्र कार्ल ई. वीमैन ने बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट के निर्माण के लिए 2001 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार जीता।

हैंश क्यों मायने रखते हैं

वह उपकरणों के निर्माता हैं, और उपकरण सिद्धांतों से अधिक समय तक चलते हैं। संकीर्ण-लाइनविड्थ ट्यूनेबल लेजर ने भौतिकविदों को प्रकाश के रंग पर नियंत्रण दिया; फ्रीक्वेंसी कॉम्ब ने उन्हें इसके दोलनों को गिनने की क्षमता दी। साथ में उन्होंने ऑप्टिकल माप को कुछ विशेषज्ञों द्वारा अभ्यास की जाने वाली कला से एक मानक तकनीक में स्थानांतरित कर दिया, और उन्होंने मौलिक भौतिकी की सटीकता को कई परिमाण के क्रम से बढ़ा दिया। वर्तमान में चल रही हर ऑप्टिकल परमाणु घड़ी - और यह परीक्षण करने के लिए कि क्या प्रकृति के नियम वास्तव में स्थिर हैं, हर भविष्य का परीक्षण - एक शासक पर निर्भर करता है जिसे हैंश ने बनाया था।