Hanbury Brown and Twiss effect
ભૌતિકશાસ્ત્રમાં, હેનબરી બ્રાઉન અને ટ્વિસ (એચ. બી. ટી.) અસર એ કણોના બીમમાંથી બે ડિટેક્ટર્સ દ્વારા પ્રાપ્ત તીવ્રતામાં વિવિધ સહસંબંધ અને વિરોધી સહસંબંધ અસરો છે. એચ. બી. ટી. ની અસરો સામાન્ય રીતે બીમની તરંગ-કણોની દ્વૈતતાને આભારી હોઈ શકે છે, અને આપેલ પ્રયોગના પરિણામો તેના પર આધાર રાખે છે કે શું બીમ ફર્મિઓન અથવા બોસોનથી બનેલો છે. જે ઉપકરણો અસરનો ઉપયોગ કરે છે તેને સામાન્ય રીતે તીવ્રતા ઇન્ટરફેરોમીટર કહેવામાં આવે છે અને તેનો મૂળ ઉપયોગ ખગોળશાસ્ત્રમાં થતો હતો, જો કે તેનો ક્વોન્ટમ ઓપ્ટિક્સના ક્ષેત્રમાં પણ ભારે ઉપયોગ થાય છે. 1954માં, રોબર્ટ હેનબરી બ્રાઉન અને રિચાર્ડ ક્યૂ. ટ્વિસે તારાઓના નાના કોણીય કદને માપવા માટે રેડિયો ખગોળશાસ્ત્રમાં તીવ્રતા ઇન્ટરફેરોમીટર ખ્યાલ રજૂ કર્યો હતો, જે સૂચવે છે કે તે દૃશ્યમાન પ્રકાશ સાથે પણ કામ કરી શકે છે. તેમણે તે સૂચનનું સફળતાપૂર્વક પરીક્ષણ કર્યા પછી તરત જઃ 1956માં તેમણે પારાના વરાળના દીવામાંથી વાદળી પ્રકાશનો ઉપયોગ કરીને પ્રયોગશાળામાં પ્રાયોગિક મૉકઅપ પ્રકાશિત કર્યું, અને પછીથી તે જ વર્ષે, તેઓએ સિરિયસના કદને માપવા માટે આ તકનીકનો ઉપયોગ કર્યો. પછીના પ્રયોગમાં, થોડા મીટરથી અલગ બે ફોટોમલ્ટીપ્લાયર ટ્યુબ્સ, કાચા ટેલીસ્કોપનો ઉપયોગ કરીને તારાને લક્ષ્યમાં રાખીને બનાવવામાં આવી હતી, અને બે વધઘટ થતી તીવ્રતા વચ્ચે સહસંબંધ જોવા મળ્યો હતો. રેડિયો અભ્યાસોની જેમ જ, સહસંબંધ ઘટ્યો કારણ કે તેઓએ વિભાજનમાં વધારો કર્યો (જોકે કિલોમીટરને બદલે મીટરથી વધુ), અને તેઓએ આ માહિતીનો ઉપયોગ સિરિયસનું સ્પષ્ટ કોણીય કદ નક્કી કરવા માટે કર્યો. આ પરિણામને ભૌતિકશાસ્ત્ર સમુદાયમાં ઘણા સંશયવાદનો સામનો કરવો પડ્યો હતો. રેડિયો ખગોળશાસ્ત્રના પરિણામને મેક્સવેલના સમીકરણો દ્વારા ન્યાયી ઠેરવવામાં આવ્યું હતું, પરંતુ એવી ચિંતા હતી કે ઓપ્ટિકલ તરંગલંબાઇ પર અસર તૂટી જવી જોઈએ, કારણ કે પ્રકાશને પ્રમાણમાં ઓછી સંખ્યામાં ફોટોનમાં માપવામાં આવશે જે ડિટેક્ટર્સમાં અલગ ફોટોઇલેક્ટ્રોનને પ્રેરિત કરે છે. ઘણા ભૌતિકશાસ્ત્રીઓને ચિંતા હતી કે સહસંબંધ થર્મોડાયનેમિક્સના નિયમો સાથે અસંગત છે. કેટલાક લોકોએ એવો પણ દાવો કર્યો હતો કે અસર અનિશ્ચિતતા સિદ્ધાંતનું ઉલ્લંઘન કરે છે. હેનબરી બ્રાઉન અને ટ્વિસે લેખોની સુઘડ શ્રેણીમાં વિવાદનું સમાધાન કર્યું (નીચે સંદર્ભો જુઓ) જેમાં દર્શાવવામાં આવ્યું હતું કે, પ્રથમ, ક્વોન્ટમ ઓપ્ટિક્સમાં તરંગ પ્રસારણ બરાબર મેક્સવેલના સમીકરણો જેવું જ ગાણિતિક સ્વરૂપ ધરાવે છે, જોકે ડિટેક્ટર પર ક્વોન્ટાઇઝેશનને કારણે વધારાના ઘોંઘાટ શબ્દ સાથે, અને બીજું, કે મેક્સવેલના સમીકરણો અનુસાર, તીવ્રતા ઇન્ટરફેરોમેટ્રી કામ કરવી જોઈએ. એડવર્ડ મિલ્સ પર્સેલ જેવા અન્ય લોકોએ તરત જ આ તકનીકને ટેકો આપ્યો હતો અને નિર્દેશ કર્યો હતો કે બોસોનનું ક્લમ્પિંગ એ આંકડાકીય મિકેનિક્સમાં પહેલેથી જ જાણીતી અસરનું અભિવ્યક્તિ છે. સંખ્યાબંધ પ્રયોગો પછી, સમગ્ર ભૌતિકશાસ્ત્ર સમુદાય સંમત થયો કે અવલોકન કરેલ અસર વાસ્તવિક હતી. મૂળ પ્રયોગમાં એ હકીકતનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો કે બે બોસોન એક જ સમયે બે અલગ અલગ ડિટેક્ટર્સ પર પહોંચવાનું વલણ ધરાવે છે. મોર્ગન અને મેન્ડેલે ફોટોનની મંદ બીમ બનાવવા માટે થર્મલ ફોટોન સ્રોતનો ઉપયોગ કર્યો હતો અને એક જ ડિટેક્ટર પર એક જ સમયે ફોટોન આવવાની વલણનું નિરીક્ષણ કર્યું હતું. આ બંને અસરો આગમનના સમયમાં સહસંબંધ બનાવવા માટે પ્રકાશની તરંગ પ્રકૃતિનો ઉપયોગ કરે છે-જો એક જ ફોટોન બીમ બે બીમમાં વિભાજિત થાય છે, તો પ્રકાશના કણ પ્રકૃતિ માટે જરૂરી છે કે દરેક ફોટોન માત્ર એક જ ડિટેક્ટર પર જોવા મળે, અને તેથી એચ. જેફ કિમ્બલે દ્વારા 1977 માં એક વિરોધી સહસંબંધ જોવા મળ્યો હતો. છેવટે, બોસન્સ એક સાથે ઝુંડ બનાવવાની વૃત્તિ ધરાવે છે, જે બોસ-આઈન્સ્ટાઈન સહસંબંધોને જન્મ આપે છે, જ્યારે પૌલી બાકાત સિદ્ધાંતને કારણે ફર્મિઓન અલગ ફેલાય છે, જે ફર્મિ-ડીરાક (વિરોધી) સહસંબંધ તરફ દોરી જાય છે. પિયોન, કેઓન અને ફોટોન વચ્ચે બોસ-આઈન્સ્ટાઈન સહસંબંધ અને પ્રોટોન, ન્યુટ્રોન અને ઇલેક્ટ્રોન વચ્ચે ફર્મી-ડીરાક (વિરોધી) સહસંબંધ જોવા મળ્યા છે. આ ક્ષેત્રમાં સામાન્ય પરિચય માટે, રિચાર્ડ એમ. વેઇનરનું બોસ-આઈન્સ્ટાઈન સહસંબંધ પરનું પાઠ્યપુસ્તક જુઓ. એચ. બી. ટી. અસરની "ટ્રેપ-એન્ડ-ફ્રી ફોલ" સામ્યતામાં બોસ-આઈન્સ્ટાઈન કન્ડેન્સેટના પ્રતિકર્ષણમાં તફાવત સરખામણીને અસર કરે છે. ઉપરાંત, કણ ભૌતિકશાસ્ત્રના ક્ષેત્રમાં, ગેર્સન ગોલ્ડહેબર એટ અલ. તેમણે 1959માં બર્કલેમાં એક પ્રયોગ કર્યો હતો અને સમાન પિયોન વચ્ચે અણધારી કોણીય સહસંબંધ શોધી કાઢ્યો હતો, જેમાં ક્ષય દ્વારા ρ0 પ્રતિધ્વનિની શોધ થઈ હતી. ત્યારથી, ભારે-આયન અથડામણ માટે કણ ઉત્સર્જન સ્રોતના અવકાશ-સમયના પરિમાણો નક્કી કરવા માટે ભારે-આયન સમુદાય દ્વારા એચ. બી. ટી. તકનીકનો ઉપયોગ કરવાનું શરૂ થયું. 2005 સુધીના આ ક્ષેત્રના વિકાસ માટે, ઉદાહરણ તરીકે આ સમીક્ષા લેખ જુઓ. વેવ મિકેનિક્સ હકીકતમાં, એચ. બી. ટી. અસરની આગાહી ફક્ત ઘટના વિદ્યુતચુંબકીય કિરણોત્સર્ગને શાસ્ત્રીય તરંગ તરીકે ગણાવીને કરી શકાય છે. ધારો કે આપણી પાસે બે ડિટેક્ટર્સ પર આવર્તન સાથે મોનોક્રોમેટિક તરંગ છે, જેનું કંપનવિસ્તાર તરંગ સમયગાળા કરતા ધીમા સમય પર બદલાય છે. (આવા તરંગો ખૂબ જ દૂરના બિંદુ સ્ત્રોતમાંથી વધઘટની તીવ્રતા સાથે ઉત્પન્ન થઈ શકે છે.) ડિટેક્ટર્સ અલગ હોવાથી, કહો કે બીજા ડિટેક્ટરને સિગ્નલમાં સમય, અથવા સમકક્ષ, એક તબક્કા દ્વારા વિલંબ થાય છે; એટલે કે, દરેક ડિટેક્ટર દ્વારા નોંધાયેલી તીવ્રતા એ તરંગ કંપનવિસ્તારનો વર્ગ છે, જે તરંગ સમયગાળાની તુલનામાં લાંબા સમયગાળાની સરેરાશ છે પરંતુ તેમાં વધઘટની તુલનામાં ટૂંકી છેઃ જ્યાં ઓવરલાઇન આ સમયની સરેરાશ સૂચવે છે. થોડા ટેરાહર્ટ્ઝ (તરંગ સમયગાળો પિકોસેકન્ડ કરતા ઓછો) થી ઉપરની તરંગ આવર્તન માટે, આવા સમયની સરેરાશ અનિવાર્ય છે, કારણ કે ફોટોડાયોડ્સ અને ફોટોમલ્ટીપ્લાયર ટ્યુબ્સ જેવા ડિટેક્ટર્સ આવા ટૂંકા સમયગાળામાં બદલાતા ફોટોક્રન્ટનું ઉત્પાદન કરી શકતા નથી. આ સમય-સરેરાશ તીવ્રતાના સહસંબંધ કાર્યની ગણતરી પછી કરી શકાય છેઃ મોટાભાગની આધુનિક યોજનાઓ વાસ્તવમાં બે ડિટેક્ટર્સ પર તીવ્રતાના વધઘટમાં સહસંબંધને માપે છે, પરંતુ તે જોવાનું ખૂબ મુશ્કેલ નથી કે જો તીવ્રતા સહસંબંધિત હોય, તો પછી વધઘટ, જ્યાં સરેરાશ તીવ્રતા છે, તે સહસંબંધિત હોવી જોઈએ, કારણ કે ચોક્કસ કિસ્સામાં જેમાં મુખ્યત્વે સ્થિર ક્ષેત્રનો સમાવેશ થાય છે જેમાં નાના સાઇનસોઇડલી રીતે બદલાતા ઘટક હોય છે, સમય-સરેરાશ તીવ્રતા સાથે હોય છે, અને તે પ્રમાણસર શબ્દો સૂચવે છે, જે નાના હોય છે અને અવગણવામાં આવી શકે છે. આ બે તીવ્રતાનું સહસંબંધ કાર્ય પછી બે ડિટેક્ટર્સ વચ્ચેના વિલંબ પર સાઇનસોઇડલ અવલંબન દર્શાવે છે. ક્વોન્ટમ અર્થઘટન ઉપરોક્ત ચર્ચા એ સ્પષ્ટ કરે છે કે હેનબરી બ્રાઉન અને ટ્વિસ (અથવા ફોટોન બંચિંગ) અસરને સંપૂર્ણપણે શાસ્ત્રીય ઓપ્ટિક્સ દ્વારા વર્ણવી શકાય છે. અસરનું ક્વોન્ટમ વર્ણન ઓછું સાહજિક છેઃ જો કોઈ એવું માને છે કે તારો જેવા થર્મલ અથવા અસ્તવ્યસ્ત પ્રકાશ સ્રોત અવ્યવસ્થિત રીતે ફોટોન બહાર કાઢે છે, તો તે સ્પષ્ટ નથી કે ફોટોન કેવી રીતે "જાણે છે" કે તેઓએ સહસંબંધિત (બંટેડ) રીતે ડિટેક્ટર પર પહોંચવું જોઈએ. 1961માં ઉગો ફાનો દ્વારા સૂચવવામાં આવેલી એક સરળ દલીલ ક્વોન્ટમ સમજૂતીનો સાર દર્શાવે છે. આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે, બે બિંદુઓ અને એવા સ્રોતનો વિચાર કરો જે બે ડિટેક્ટર્સ દ્વારા શોધાયેલા ફોટોનનું ઉત્સર્જન કરે છે. સંયુક્ત શોધ ત્યારે થાય છે જ્યારે દ્વારા ઉત્સર્જિત ફોટોન દ્વારા શોધાય છે અને દ્વારા ઉત્સર્જિત ફોટોન (લાલ તીર) દ્વારા શોધાય છે અથવા જ્યારે ફોટોન દ્વારા અને દ્વારા (લીલા તીર) શોધાય છે. આ બે શક્યતાઓ માટે ક્વોન્ટમ યાંત્રિક સંભાવના કંપનવિસ્તાર અનુક્રમે અને દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે. જો ફોટોન અવિભાજ્ય હોય, તો બે સ્વતંત્ર ઘટનાઓ માટે સંયુક્ત શોધની સંભાવના આપવા માટે બે કંપનવિસ્તાર રચનાત્મક રીતે દખલ કરે છે. જ્યાં સુધી અંતર પૂરતું નાનું ન હોય ત્યાં સુધી સ્રોતમાં તમામ સંભવિત જોડીઓનો સરવાળો હસ્તક્ષેપને ધોઈ નાખે છે. ફેનોનું સમજૂતી બે-કણોના કંપનવિસ્તારને ધ્યાનમાં લેવાની જરૂરિયાતને સરસ રીતે સમજાવે છે, જે મોટાભાગના હસ્તક્ષેપ અસરોને અર્થઘટન કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા વધુ પરિચિત એક-કણોના કંપનવિસ્તાર જેટલા સાહજિક નથી. 1950ના દાયકામાં કેટલાક ભૌતિકશાસ્ત્રીઓને હેનબરી બ્રાઉન અને ટ્વિસ પરિણામ સ્વીકારવામાં શા માટે મુશ્કેલી પડી તે સમજાવવામાં આ મદદ કરી શકે છે. પરંતુ ક્વોન્ટમ અભિગમ એ શાસ્ત્રીય પરિણામનું પુનઃઉત્પાદન કરવાની માત્ર એક ફેન્સી રીત કરતાં વધુ છેઃ જો ફોટોનને ઇલેક્ટ્રોન જેવા સમાન ફર્મિઓન દ્વારા બદલવામાં આવે, તો કણોના વિનિમય હેઠળ તરંગ કાર્યોની એન્ટીસિમેટ્રી દખલગીરીને વિનાશક બનાવે છે, જે નાના ડિટેક્ટરના વિભાજન માટે શૂન્ય સંયુક્ત શોધ સંભાવના તરફ દોરી જાય છે. આ અસરને ફર્મિઓન્સના એન્ટિબંચિંગ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ઉપરોક્ત સારવાર ફોટોન એન્ટિબંચિંગને પણ સમજાવે છેઃ જો સ્રોતમાં એક જ અણુ હોય, જે એક સમયે માત્ર એક જ ફોટોનનું ઉત્સર્જન કરી શકે, તો બે નજીકથી અંતર ધરાવતા ડિટેક્ટર્સમાં એક સાથે શોધ કરવી સ્પષ્ટ રીતે અશક્ય છે. એન્ટીબન્ચિંગ, પછી ભલે તે બોસોનનું હોય કે ફર્મિયોનનું, તેમાં કોઈ શાસ્ત્રીય તરંગ એનાલોગ નથી. ક્વોન્ટમ ઓપ્ટિક્સના ક્ષેત્રના દૃષ્ટિકોણથી, HBT અસર નવી પરિસ્થિતિઓમાં ક્વોન્ટમ ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સ લાગુ કરવા માટે ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ (તેમાંના રોય જે. ગ્લાબર અને લિયોનાર્ડ મંડેલ) નું નેતૃત્વ કરવા માટે મહત્વપૂર્ણ હતી, જેમાંથી ઘણાનો ક્યારેય પ્રાયોગિક અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો ન હતો, અને જેમાં શાસ્ત્રીય અને ક્વોન્ટમ આગાહીઓ અલગ પડે છે. આ પણ જુઓ બોસ-આઈન્સ્ટાઈન સહસંબંધ વિદ્યુતચુંબકીયતા અને શાસ્ત્રીય ઓપ્ટિક્સની સુસંગતતા સમયરેખા સંદર્ભો-કાગળ કે જેણે (ખોટી રીતે) હેનબરી બ્રાઉન અને ટ્વિસ અસરના અસ્તિત્વને વિવાદિત કર્યું હતું-પીડીએફ તરીકે ડાઉનલોડ કરેલી અસરનું પ્રાયોગિક પ્રદર્શન-કિમ્બલ અને મેન્ડલના રેઝોનન્સ ફ્લોરોસન્સમાં ફોટોન એન્ટિબંચિંગના ફ્રી-સ્પેસ પ્રદર્શન માટે કેવિટી-ક્યૂઇડી સમકક્ષ બાહ્ય લિંક્સ http://adsabs.harvard.edu//full/seri/JApA./0015//0000015.000.html http://physicsweb.org/articles/world/15/10/6/1 https://web.archive.org/web/20070609114114/http:// ડુ. એડુ/~ જેકેલ્વર્ટ/એસ્ટ્રો/સ્ટારસિઝ. એચટીએમ http://www.2physics.com/2010/11/hanbury-brown-and-twiss-interferometry.html હેનબરી-બ્રાઉન-ટ્વિસ પ્રયોગ (બેકર અને હિકલ જીએમબીએચ).