میڈیسن میں فیمٹوسیکنڈ لیزر ایپلی کیشنز

A فیمٹوسیکنڈ لیزرایک "الٹرا شارٹ پلس لائٹ" پیدا کرنے والا آلہ ہے جو صرف ایک سیکنڈ کے ٹریلینویں حصے کے انتہائی مختصر وقت کے لیے روشنی خارج کرتا ہے۔ Fei انٹرنیشنل سسٹم آف یونٹس میں فیمٹو کے سابقہ ​​کا مخفف ہے، اور 1 فیمٹو سیکنڈ=1×10^-15 سیکنڈ۔ نام نہاد نبض کی روشنی صرف ایک لمحے کے لیے روشنی خارج کرتی ہے۔ کیمرے کے فلیش کا روشنی کے اخراج کا وقت تقریباً 1 مائیکرو سیکنڈ ہے، لہذا فیمٹوسیکنڈ الٹرا شارٹ پلس لائٹ روشنی کے اخراج کے لیے اپنے وقت کا صرف ایک اربواں حصہ رکھتی ہے۔ جیسا کہ ہم سب جانتے ہیں، روشنی کی رفتار 300،{10}} کلومیٹر فی سیکنڈ کی بے مثال رفتار سے پرواز کرتی ہے (ایک سیکنڈ میں زمین کے گرد ساڑھے سات چکر لگاتی ہے)۔ تاہم، ایک فیمٹوسیکنڈ میں، روشنی صرف 0.3 مائیکرون آگے بڑھتی ہے۔

عام طور پر، ہم حرکت پذیر اشیاء کی فوری حالت کو پکڑنے کے لیے فلیش فوٹو گرافی کا استعمال کرتے ہیں۔ اسی طرح، اگر آپ فلیش کرنے کے لیے فیمٹوسیکنڈ لیزر کا استعمال کرتے ہیں، تو یہ ممکن ہے کہ کیمیائی رد عمل کے ہر ٹکڑے کو دیکھا جا سکے جو پرتشدد رفتار سے ہوتا ہے۔ ایسا کرنے کے لیے، فیمٹوسیکنڈ لیزر کا استعمال کیمیائی رد عمل کے اسرار کا مطالعہ کرنے کے لیے کیا جا سکتا ہے۔

عام کیمیائی رد عمل اعلی توانائی کے ساتھ ایک درمیانی حالت سے گزرنے کے بعد آگے بڑھتے ہیں، نام نہاد "فعال حالت"۔ فعال ریاست کے وجود کی نظریاتی طور پر کیمیا دان آرہینیئس نے 1889 کے اوائل میں پیش گوئی کی تھی، لیکن چونکہ یہ بہت ہی مختصر لمحے کے لیے موجود تھی، اس لیے اس کا براہ راست مشاہدہ نہیں کیا جا سکتا تھا۔ لیکن اس کے وجود کو 1980 کی دہائی کے آخر میں فیمٹوسیکنڈ لیزرز کے ذریعے براہ راست ظاہر کیا گیا تھا، جو کیمیائی رد عمل کی نشاندہی کرنے کے لیے فیمٹوسیکنڈ لیزر کے استعمال کی ایک مثال ہے۔ مثال کے طور پر، cyclopentanone انو فعال حالت میں کاربن مونو آکسائیڈ اور 2 ایتھیلین مالیکیولز میں گل جاتا ہے۔

آج کل، femtosecond lasers کا استعمال طبیعیات، کیمسٹری، لائف سائنسز، طب اور انجینئرنگ جیسے شعبوں کی ایک وسیع رینج میں بھی کیا جاتا ہے۔ خاص طور پر، روشنی اور الیکٹرانکس کے امتزاج سے مواصلات، کمپیوٹر اور توانائی کے شعبوں میں مختلف نئے امکانات کی توقع ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ روشنی کی شدت کسی نقصان کے بغیر بڑی مقدار میں معلومات کو ایک جگہ سے دوسری جگہ منتقل کر سکتی ہے، جس سے آپٹیکل کمیونیکیشن اور بھی تیز تر ہو جاتی ہے۔ نیوکلیئر فزکس کے میدان میں، فیمٹوسیکنڈ لیزرز نے بہت بڑا اثر ڈالا ہے۔ چونکہ پلسڈ لائٹ میں بہت مضبوط برقی میدان ہوتا ہے، اس لیے الیکٹرانوں کو تیز کرنا ممکن ہے کہ وہ 1 فیمٹوسیکنڈ کے اندر روشنی کی رفتار کے قریب ہو، اس لیے اسے الیکٹرانوں کو تیز کرنے کے لیے ایک "سرعت کار" کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔

طب میں درخواست
جیسا کہ اوپر بتایا گیا ہے، دنیا میں فیمٹوسیکنڈ کے اندر، روشنی بھی جم جاتی ہے اور زیادہ دور نہیں جا سکتی، لیکن اس وقت کے پیمانے پر بھی، ایٹم اور مادے میں مالیکیولز اور کمپیوٹر چپس کے اندر الیکٹران اب بھی سرکٹ کے اندر حرکت کر رہے ہیں۔ اگر آپ فیمٹوسیکنڈ پلس استعمال کرتے ہیں تو آپ اسے فوری طور پر روک سکتے ہیں اور اس کا مطالعہ کر سکتے ہیں کہ کیا ہوتا ہے۔ وقت کو روکنے کے لیے چمکنے کے علاوہ، فیمٹوسیکنڈ لیزر دھات میں 200 نینو میٹر (ایک ملی میٹر کے دو دس ہزارویں حصے) کے قطر کے ساتھ مائکرو ہولز بھی ڈرل کر سکتے ہیں۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ الٹرا شارٹ پلس لائٹ جو کمپریسڈ ہو جاتی ہے اور تھوڑے ہی عرصے میں اندر بند ہو جاتی ہے، اس کے اردگرد کو اضافی نقصان پہنچائے بغیر انتہائی ہائی آؤٹ پٹ کا حیرت انگیز اثر حاصل ہوتا ہے۔ مزید برآں، femtosecond lasers کی pulsed light اشیاء کی تین جہتی تصاویر کو انتہائی باریک تفصیل سے کھینچ سکتی ہے۔ طبی تشخیص میں سٹیریوسکوپک امیج فوٹوگرافی بہت مفید ہے، اس طرح ایک نیا تحقیقی میدان کھلتا ہے جسے آپٹیکل انٹرفیس ٹوموگرافی کہتے ہیں۔ یہ زندہ بافتوں اور زندہ خلیوں کی تین جہتی تصویر ہے جسے فیمٹوسیکنڈ لیزر کا استعمال کرتے ہوئے لیا گیا ہے۔ مثال کے طور پر، روشنی کی ایک بہت ہی مختصر نبض جلد کی طرف ہوتی ہے۔ نبض کی روشنی جلد کی سطح پر منعکس ہوتی ہے، اور نبض کی روشنی کا کچھ حصہ جلد میں خارج ہوتا ہے۔ جلد کا اندرونی حصہ کئی تہوں پر مشتمل ہوتا ہے۔ نبض کی روشنی جو جلد میں داخل ہوتی ہے ایک چھوٹی نبض کی روشنی کے طور پر واپس آ جاتی ہے۔ منعکس روشنی میں ان مختلف پلس لائٹس کی بازگشت سے جلد کی اندرونی ساخت معلوم کی جا سکتی ہے۔

اس کے علاوہ، یہ ٹیکنالوجی آنکھوں کی ادویات میں بہت زیادہ عملی ہے، جو آنکھ میں گہرائی میں ریٹنا کی تین جہتی تصاویر لینے کی صلاحیت رکھتی ہے۔ یہ ڈاکٹروں کو ان کے ؤتکوں کے ساتھ مسائل کی تشخیص کرنے کی اجازت دیتا ہے. اس قسم کا امتحان صرف آنکھوں تک محدود نہیں ہے۔ اگر آپٹیکل فائبر کا استعمال کرتے ہوئے لیزر کو جسم میں بھیجا جائے تو یہ جسم کے مختلف اعضاء کے تمام ٹشوز کا جائزہ لے سکتا ہے۔ مستقبل میں، یہ پتہ لگانے کے لئے بھی ممکن ہو سکتا ہے کہ یہ کینسر میں بدل گیا ہے.

انتہائی عین مطابق گھڑیوں کا ادراک
سائنس دانوں کا خیال ہے کہ اگر نظر آنے والی روشنی کو فیمٹوسیکنڈ لیزر گھڑی بنانے کے لیے استعمال کیا جائے تو یہ ایٹم کلاک کے مقابلے میں زیادہ درست طریقے سے وقت کی پیمائش کر سکے گی اور اگلے چند سالوں میں یہ دنیا کی سب سے درست گھڑی کے طور پر کام کرے گی۔ اگر گھڑی درست ہے، تو یہ کار نیویگیشن کے لیے استعمال ہونے والے GPS (گلوبل پوزیشننگ سسٹم) کی درستگی کو بھی بہت بہتر بناتی ہے۔

نظر آنے والی روشنی ایک درست گھڑی کیوں بنا سکتی ہے؟ تمام گھڑیاں اور گھڑیاں پینڈولم اور گیئرز کی نقل و حرکت کے لیے ناگزیر ہیں۔ کمپن فریکوئنسی کے ساتھ پینڈولم کے جھولے کے ذریعے، گیئرز سیکنڈوں کے لیے گھومتے ہیں، اور درست گھڑیاں اس سے مستثنیٰ نہیں ہیں۔ لہذا، زیادہ درست گھڑی بنانے کے لیے، زیادہ کمپن فریکوئنسی والا پینڈولم استعمال کرنا ضروری ہے۔ کوارٹج گھڑیاں (وہ گھڑیاں جو پینڈولم کی بجائے کرسٹل دولن کا استعمال کرتی ہیں) پینڈولم گھڑیوں سے زیادہ درست ہوتی ہیں کیونکہ کوارٹج ریزونیٹر فی سیکنڈ میں زیادہ بار دوڑتا ہے۔

سیزیم ایٹمک کلاک جو فی الحال ٹائم اسٹینڈرڈ کے طور پر استعمال ہوتی ہے اس کی دوغلی فریکوئنسی تقریباً 9.2 گیگاہرٹز ہے (گیگاہرٹز کی بین الاقوامی اکائی کا سابقہ، 1 گیگاہرٹز=10^9)۔ ایٹم کلاک سیزیم ایٹموں کی قدرتی دولن کی فریکوئنسی کا استعمال کرتی ہے اور پینڈولم کو مائیکرو ویوز سے بدل دیتی ہے جس کی دولن فریکوئنسی مستقل ہوتی ہے۔ دسیوں لاکھوں سالوں میں اس کی درستگی صرف ایک سیکنڈ ہے۔ اس کے برعکس، مرئی روشنی میں دولن کی فریکوئنسی ہوتی ہے جو 100،000 سے 1،000،000 مائیکرو ویو کی دوغلی تعدد سے زیادہ ہوتی ہے۔ یعنی نظر آنے والی روشنی کی توانائی کو درست گھڑیاں بنانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے جو ایٹم گھڑیوں سے لاکھوں گنا زیادہ درست ہیں۔ نظر آنے والی روشنی کا استعمال کرنے والی دنیا کی سب سے درست گھڑی اب لیبارٹری میں کامیابی کے ساتھ بنائی گئی ہے۔

اس عین گھڑی کی مدد سے آئن سٹائن کے نظریہ اضافیت کی تصدیق کی جا سکتی ہے۔ ہم نے ایسی ہی ایک درست گھڑی لیبارٹری میں رکھی اور دوسری نیچے دفتر میں، اور ممکنہ حالات پر غور کیا۔ ایک یا دو گھنٹے کے بعد نتیجہ وہی نکلا جیسا کہ آئن سٹائن کے نظریہ اضافیت نے پیش گوئی کی تھی۔ دونوں کی وجہ سے فرشوں کے درمیان مختلف "کشش ثقل کے میدان" ہیں، اس لیے دونوں گھڑیاں اب ایک ہی وقت کی طرف اشارہ نہیں کرتیں، اور نیچے کی گھڑی اوپر کی گھڑی کی نسبت آہستہ چلتی ہے۔ اگر زیادہ درست گھڑی استعمال کی جاتی تو شاید کلائی اور ٹخنوں پر پہنے جانے والی گھڑیاں بھی اس دن مختلف اوقات بتاتی۔ ہم صرف درست گھڑیوں کی مدد سے اضافیت کے سحر کا تجربہ کر سکتے ہیں۔

روشنی کی رفتار کو سست کرنے والی ٹیکنالوجی
1999 میں، ریاستہائے متحدہ میں ہبارڈ یونیورسٹی کے پروفیسر رینر ہوو نے کامیابی کے ساتھ روشنی کو 17 میٹر فی سیکنڈ تک کم کیا، ایک ایسی رفتار جسے کاریں پکڑ سکتی ہیں، اور پھر کامیابی سے روشنی کو اس رفتار تک کم کر دیا جسے سائیکلیں بھی پکڑ سکتی ہیں۔ اس تجربے میں طبیعیات میں سب سے جدید تحقیق شامل ہے۔ یہ مضمون تجربے کی کامیابی کے لیے صرف دو کنجیوں کا تعارف کراتا ہے۔ ایک انتہائی کم درجہ حرارت والے سوڈیم ایٹموں کا ایک "بادل" بنانا ہے جو مطلق صفر (-273.15 ڈگری) کے قریب ہے، ایک خاص گیس کی حالت جسے بوس-آئنسٹائن کنڈینسیٹ کہتے ہیں۔ دوسرا ایک لیزر ہے جو کمپن فریکوئنسی (کنٹرول لیزر) کو ایڈجسٹ کرتا ہے، اور اسے سوڈیم ایٹموں کے بادل کو روشن کرنے کے لیے استعمال کرتا ہے، اور کچھ ناقابل یقین ہوتا ہے۔

سائنسدان سب سے پہلے ایٹموں کے بادل میں نبض کی روشنی کو کمپریس کرنے اور اسے انتہائی سست کرنے کے لیے ایک کنٹرول لیزر کا استعمال کرتے ہیں۔ پھر وہ کنٹرول لیزر کو بند کر دیتے ہیں اور نبض کی روشنی غائب ہو جاتی ہے۔ نبض کی روشنی پر لی جانے والی معلومات کو ایٹموں کے بادل میں محفوظ کیا جاتا ہے۔ . پھر اسے کنٹرول شدہ لیزر سے شعاع کیا جاتا ہے، اور نبض کی روشنی بحال ہو جاتی ہے اور ایٹموں کے بادل سے باہر نکل جاتی ہے۔ نتیجے کے طور پر، اصل کمپریسڈ نبض دوبارہ وسیع ہو جاتی ہے اور رفتار بحال ہو جاتی ہے۔ ایٹم کلاؤڈ میں پلسڈ لائٹ کی معلومات داخل کرنے کا پورا عمل کمپیوٹر میں پڑھنے، ذخیرہ کرنے اور دوبارہ ترتیب دینے کے مترادف ہے۔ لہذا، یہ ٹیکنالوجی کوانٹم کمپیوٹرز کے احساس کو محسوس کرنے میں مدد کر سکتی ہے.

"فیمٹوسیکنڈ" کی دنیا سے "ایٹوسیکنڈ" تک

Femtoseconds ہمارے تصور سے باہر ہیں۔ اب ہم attoseconds کی دنیا میں قدم رکھ رہے ہیں، جو femtoseconds سے چھوٹا ہے۔ آہ بین الاقوامی نظام اکائیوں کے سابقہ ​​"atto" کا مخفف ہے۔ 1 attosecond=1×10^-18 سیکنڈز=فیمٹو سیکنڈ کا ایک ہزارواں حصہ۔ اٹوسیکنڈ کی دالیں مرئی روشنی کے ساتھ نہیں بنائی جا سکتیں کیونکہ دالوں کو چھوٹا کرنے کے لیے کم طول موج کی روشنی کا استعمال کرنا پڑتا ہے۔ مثال کے طور پر، اگر آپ سرخ نظر آنے والی روشنی کا استعمال کرتے ہوئے ایک نبض بنانا چاہتے ہیں، تو اس طول موج سے چھوٹی نبض بنانا ناممکن ہے۔ مرئی روشنی کی حد تقریباً 2 فیمٹوسیکنڈز ہوتی ہے، اس لیے اٹوس سیکنڈ کی دالیں چھوٹی طول موج کے ساتھ ایکس رے یا گاما شعاعوں کا استعمال کرتی ہیں۔ یہ واضح نہیں ہے کہ اٹوسیکنڈ ایکس رے دالوں کا استعمال کرتے ہوئے مستقبل میں کیا دریافت کیا جائے گا۔ مثال کے طور پر، بائیو مالیکیولز کو دیکھنے کے لیے اٹوسیکنڈ فلیشز کا استعمال ہمیں ان کی سرگرمیوں کو بہت مختصر وقت کے پیمانے پر دیکھنے اور شاید بائیو مالیکیولز کی ساخت کی شناخت کرنے کی اجازت دیتا ہے۔

رابطے کی معلومات:

اگر آپ کے پاس کوئی آئیڈیا ہے تو بلا جھجھک ہم سے بات کریں۔ اس سے کوئی فرق نہیں پڑتا ہے کہ ہمارے گاہک کہاں ہیں اور ہماری ضروریات کیا ہیں، ہم اپنے صارفین کو اعلیٰ معیار، کم قیمتوں اور بہترین سروس فراہم کرنے کے اپنے مقصد کی پیروی کریں گے۔