கடந்த தொடரில் மிகச் சிறிய கூறுகளின் ஒப்பீடுகளையும், மிகவும் சிறியதான அணுக்கருவின் தன்மை குறித்தும், எலெக்ட்ரோன் நுணுக்குக் காட்டியின் அறிமுகம் குறித்தும் பார்த்தோம்.

அதற்கான இணைப்பு – அணுக்கரு : நம் கண்ணுக்குத் தெரியும் சின்னஞ்சிறு உலகம்! : பாகம் 4

எலெக்ட்ரோன் தொலைக்காட்டியில் மிகவும் சிறிய கூறுகளை தொடர்ந்து அளவிட எலெக்ட்ரோன்களின் சக்தி மட்டம் அதிகரிக்கப் பட வேண்டும். ஏனெனில் எலெக்ட்ரோன்களின் சக்தி மட்டம் அதிகரிக்க அதிகரிக்க அவற்றால் பார்க்கப் படும் கூறுகளின் அலைநீளம் குறைவடையும். இதனால் பார்வை வீச்சம் தெளிவடையும்.

குவாண்டம் பௌதிகவியலில் எலெக்ட்ரோன்கள் துணிக்கையின் (Particles) இயல்பையும்,  அலையின் (Waves) இயல்பையும் ஒருங்கே கொண்டுள்ளன. இதனால் அலைப் பண்பை வெளிப்படுத்தும் எலெக்ட்ரோன் கற்றைகள் மின்னேற்றப் படும் (Charging) போது காந்த வில்லைகளை (Magnetic Lenses) உருவாக்க முடியும் என்பதால் எலெக்ட்ரோன் நுணுக்குக் காட்டியின் கட்டமைப்பு சாத்தியமாகின்றது.

இதில் பெறப்படும் படமானது சாதாரண நுணுக்குக் காட்டிகளின் அதிகபட்ச விளங்கு திறனையே (Resolution) கொண்டிருக்கும். எனினும் ஒளியின் அலை நீளத்தை விட பல மடங்கு குறைவான அலை நீளத்தை எலெக்ட்ரோன்கள் கொண்டிருப்பதால் சாதாரண நுணுக்குக் காட்டியை விட எலெக்ட்ரோன் நுணுக்குக் காட்டிகள் மிக மிகச் சிறிய வைரஸ்களைக் கூட அவதானிக்கும் ஆற்றல் உடையவையாக இருக்கின்றன.

இதனால் மருத்துவத் துறைக்கு மிகப் பெரும் நன்மையை இந்த நுணுக்குக் காட்டிகள் ஆற்றுகின்றன. மின்னேற்றப் படும் துணிக்கைகளான எலெக்ட்ரோன்கள் சுற்றிவர வோல்டேஜ் உள்ள ஒரு வெற்றிட சாதனத்தில் இடப்படும் போது மிகவும் ஆர்முடுகும் விதத்தில் (Accelarating) அழுத்தமான விசையைப் பெறும்.

இதே விதத்தில் தான் தொலைக் காட்சிப் பெட்டியிலும் (TV), கணணி மானிட்டரிலும் உள்ள டியூப்களில் எலெக்ட்ரோன்கள் முடுக்கப் படுகின்றன. ஆனால் எலெக்ட்ரோன் நுணுக்குக் காட்டியிலோ வைரஸ்களை இனம் காணும் அளவு மிகச்சிறிய அலை நீளத்தைப் பெற மேற்குறித்த உபகரணங்களைக் காட்டிலும் 10 அல்லது அதிக மடங்கு வேகத்தில் எலெக்ட்ரோன்கள் முடுக்கப் பட வேண்டும்.

அணுக்கள் வைரஸ்களை விடப் பல மடங்கு சிறியன. இன்று எமக்கு இந்த அணுக்கள் எவ்வாறு பல பதார்த்தங்களிலும் ஒழுங்கு படுத்தப் பட்டுள்ளன என்று தெரியும். ஆனால் 20 ஆம் நூற்றாண்டின் முதல் தசாப்தத்தில் இந்த அணுக்களின் வெளிப்பாடே பல விஞ்ஞானிகளால் மிகத் தீவிரமாக சந்தேகிக்கப் பட்டது.

இதனால் நாம் இப்போது மிக மிகச் சிறிய அளவு கோள்களில் துணிக்கைகள் மற்றும் அலைகளின் கட்டமைப்புக் குறித்து அறிந்துள்ளோம் என்பது உண்மையில் ஆச்சரியப் படத் தக்கதே ஆகும்.

கீழே உள்ள படத்தில் Iron sillicide மூலகத்தின் கிறிஸ்டல் இனது மேற்பரப்பு மிக நுண்ணிய அணுக்களின் விரிப்பாக இருப்பது Scanning tunneling நுணுக்குக் காட்டியினால் படம் பிடிக்கப் பட்டுள்ளது.

இதற்குக் கீழே இருப்பது Thomas young என்ற விஞ்ஞானியின் மிகப் பிரசித்தமான Double Slit Experiment ஆகும். ஓளியானது ஒரு அலை என்பதை நிரூபிக்கும் பரிசோதனை இதுவாகும். இரு துவாரங்களுடன் கூடிய திரை ஒன்றினூடாக ஒளி செலுத்தப் பட்டு அதற்கு எதிரே ஒரு திரை வைத்துப் பார்த்தால் அத்திரையில் விட்டு விட்டு ஒளியும், இருளும் இருப்பதை அவதானிக்கலாம்.

இந்த இயல்பை தண்ணீர் அலைகளில் இலகுவாக அவதானிக்கலாம். விளிம்பு விளைவு (Diffraction) என்னும் இவ்வியல்பு குறித்த துவாரங்களின் ஊடாக ஒளி அலை வரும் போது அதன் அலைநீளத்தின் முகடும், பள்ளமும் ஒன்றை ஒன்று சந்தித்து ரத்தாகி விடுவதால் ஏற்படுகின்றது.

இன்னொரு விதமான மின்காந்தக் கதிர்கள் X-rays எக்ஸ் கதிர்கள் எனப்படுகின்றது. இதன் அலை நீளம் ஒளியை விட 1000 மடங்கு குறைவானது ஆகும். துரதிர்ஷ்டவசமாக எம்மால் X ray நுணுக்குக் காட்டியை வடிவமைக்க முடியவில்லை. இதற்குக் காரணம் X rays இனை உள்வாங்கும் அளவு வில்லைகளின் கட்டமைப்பை உருவாக்க முடியவில்லை.

ஆனால் எக்ஸ் கதிர்கள் கண்டு பிடிக்கப் பட்ட பின்னர் உடனடியாக சடப்பொருளின் தன்மையைக் கற்கும் முக்கிய உபகரணமாக அது மாறியது. இதற்கு உதவியாகும் தன்மை அனைத்து விதமான அலைகளினதும் பிரபஞ்ச தன்மையான விளிம்பு விளைவு (Diffraction) ஆகும்.

19 ஆம் நூற்றாண்டின் தொடக்த்தில் தோமஸ் யங் என்ற விஞ்ஞானி கண்ணுக்குத் தெரியும் ஒளியை வைத்து சல்லைடை (grating) செய்வதன் மூலம் ஏற்படும் குறுக்கீட்டு வரிசைகளைப் பெற முயன்றார். இது கிறிஸ்டல் மூலகங்களில் உள்ள அணுக்களின் வரிசையைப் பெறும் அளவுக்கு உதவியது. இம்முறை மூலம் உப்பில் உள்ள சோடியம் மற்றும் குளோரின் அயன்கள் எவ்வாறு வடிவமைக்கப் பட்டுள்ளன என அறிய முடிந்தது.

இது பின்னதாக X rays  Diffraction முறையின் மூலம் இன்னும் சுவாரசியமான கிறிஸ்டல்களை அறிய உதவியதுடன், மனித உடம்பிலுள்ள DNA இன் double helix structure இன் கட்டமைப்பைப் பெறவும் முடிந்தது.

இந்த Difraction முறை ஆனது X rays இனை விட எலெக்ட்ரோன் நுணுக்குக் காட்டிக்கே அதிகம் பயனுள்ளதாக உள்ளது.

கீழே படத்தில் இருப்பது X rays கதிர்களினால் Diffract செய்யப் பட்ட உப்பின் மூலக்கூறு கட்டமைப்பு ஆகும்.

அடுத்த தொடரில் அணுவை விட 10 000 மடங்கு சிறிய அணுக்கரு குறித்துப் பார்ப்போம். அணுக்கருவுக்குள் உள்ள உலகமானது துணை அணுத் துணிக்கைகள் வெளிப்படுத்தும் கதிர்வீச்சு (Radioactive) மூலம் படிப்படியாக அறியப் பட்டது.

தகவல் – Nucleus A trip into the heart of matter