Hanbury Brown and Twiss effect
भौतिकी में, हैनबरी ब्राउन और ट्विस (एच. बी. टी.) प्रभाव कणों की किरण से दो डिटेक्टरों द्वारा प्राप्त तीव्रता में विभिन्न प्रकार के सहसंबंध और विरोधी सहसंबंध प्रभावों में से कोई भी है। एच. बी. टी. प्रभावों को आम तौर पर किरण की तरंग-कण द्वैतता के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है, और दिए गए प्रयोग के परिणाम इस बात पर निर्भर करते हैं कि किरण फर्मियन या बोसॉन से बनी है या नहीं। प्रभाव का उपयोग करने वाले उपकरणों को आमतौर पर तीव्रता इंटरफेरोमीटर कहा जाता है और मूल रूप से खगोल विज्ञान में उपयोग किया जाता था, हालांकि उनका क्वांटम प्रकाशिकी के क्षेत्र में भी भारी उपयोग किया जाता है। 1954 में, रॉबर्ट हैनबरी ब्राउन और रिचर्ड क्यू. ट्विस ने तारों के छोटे कोणीय आकार को मापने के लिए रेडियो खगोल विज्ञान में तीव्रता इंटरफेरोमीटर अवधारणा की शुरुआत की, यह सुझाव देते हुए कि यह दृश्य प्रकाश के साथ भी काम कर सकता है। इसके तुरंत बाद उन्होंने उस सुझाव का सफलतापूर्वक परीक्षण कियाः 1956 में उन्होंने पारा-वाष्प दीपक से नीली रोशनी का उपयोग करके एक इन-लैब प्रायोगिक मॉकअप प्रकाशित किया, और बाद में उसी वर्ष, उन्होंने सिरियस के आकार को मापने के लिए इस तकनीक को लागू किया। बाद के प्रयोग में, कुछ मीटर से अलग दो फोटोमल्टीप्लायर ट्यूबों को कच्चे दूरबीनों का उपयोग करके तारे पर लक्षित किया गया था, और दो उतार-चढ़ाव वाली तीव्रताओं के बीच एक सहसंबंध देखा गया था। जैसे रेडियो अध्ययनों में, सहसंबंध कम हो गया क्योंकि उन्होंने अलगाव को बढ़ाया (हालांकि किलोमीटर के बजाय मीटर से अधिक), और उन्होंने इस जानकारी का उपयोग सिरियस के स्पष्ट कोणीय आकार को निर्धारित करने के लिए किया। इस परिणाम को भौतिकी समुदाय में बहुत संदेह का सामना करना पड़ा। रेडियो खगोल विज्ञान के परिणाम को मैक्सवेल के समीकरणों द्वारा उचित ठहराया गया था, लेकिन इस बात की चिंता थी कि प्रकाशिक तरंग दैर्ध्य पर प्रभाव टूट जाना चाहिए, क्योंकि प्रकाश को अपेक्षाकृत कम संख्या में फोटॉनों में मापा जाएगा जो डिटेक्टरों में असतत फोटोइलेक्ट्रॉन को प्रेरित करते हैं। कई भौतिक विज्ञानी चिंतित थे कि सहसंबंध ऊष्मागतिकी के नियमों के साथ असंगत था। कुछ लोगों ने यह भी दावा किया कि प्रभाव ने अनिश्चितता के सिद्धांत का उल्लंघन किया है। हैनबरी ब्राउन और ट्विस ने लेखों की एक साफ-सुथरी श्रृंखला में विवाद को हल किया (नीचे संदर्भ देखें) जो प्रदर्शित करता है, कि क्वांटम प्रकाशिकी में तरंग संचरण का ठीक मैक्सवेल के समीकरणों के समान गणितीय रूप था, हालांकि डिटेक्टर पर परिमाणीकरण के कारण एक अतिरिक्त शोर शब्द के साथ, और दूसरा, कि मैक्सवेल के समीकरणों के अनुसार, तीव्रता इंटरफेरोमेट्री को काम करना चाहिए। एडवर्ड मिल्स पर्सेल जैसे अन्य लोगों ने तुरंत तकनीक का समर्थन किया, यह इंगित करते हुए कि बोसॉन का क्लंपिंग केवल सांख्यिकीय यांत्रिकी में पहले से ज्ञात प्रभाव की अभिव्यक्ति थी। कई प्रयोगों के बाद, पूरा भौतिकी समुदाय इस बात पर सहमत हुआ कि देखा गया प्रभाव वास्तविक था। मूल प्रयोग में इस तथ्य का उपयोग किया गया कि दो बोसॉन एक ही समय में दो अलग-अलग डिटेक्टरों पर पहुँचते हैं। मॉर्गन और मंडेल ने फोटॉनों की एक मंद किरण बनाने के लिए एक तापीय फोटॉन स्रोत का उपयोग किया और एक ही डिटेक्टर पर एक ही समय में फोटॉनों के आने की प्रवृत्ति का अवलोकन किया। इन दोनों प्रभावों ने आगमन समय में एक सहसंबंध बनाने के लिए प्रकाश की तरंग प्रकृति का उपयोग किया-यदि एक एकल फोटॉन किरण को दो किरणों में विभाजित किया जाता है, तो प्रकाश की कण प्रकृति के लिए आवश्यक है कि प्रत्येक फोटॉन को केवल एक डिटेक्टर पर देखा जाए, और इसलिए 1977 में एच. जेफ किम्बल द्वारा एक विरोधी सहसंबंध देखा गया था। अंत में, बोसॉनों में एक साथ झुंड बनाने की प्रवृत्ति होती है, जो बोस-आइंस्टीन सहसंबंधों को जन्म देती है, जबकि पाउली बहिष्करण सिद्धांत के कारण फर्मियन अलग-अलग फैलते हैं, जिससे फर्मी-डीराक (एंटी) सहसंबंध होते हैं। पायंस, केऑन और फोटॉनों के बीच बोस-आइंस्टीन सहसंबंध और प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों के बीच फर्मी-डीराक (एंटी) सहसंबंध देखे गए हैं। इस क्षेत्र में एक सामान्य परिचय के लिए, रिचर्ड एम. वेनर की बोस-आइंस्टीन सहसंबंध पर पाठ्यपुस्तक देखें। एच. बी. टी. प्रभाव के "ट्रैप-एंड-फ्री फॉल" सादृश्य में बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट के प्रतिकर्षण में अंतर तुलना को प्रभावित करता है। इसके अलावा, कण भौतिकी के क्षेत्र में, गेर्सन गोल्डहेबर और अन्य। 1959 में बर्कले में एक प्रयोग किया और क्षय के माध्यम से ρ0 अनुनाद की खोज करते हुए समान पायनों के बीच एक अप्रत्याशित कोणीय सहसंबंध पाया। तब से, भारी-आयन टकराव के लिए कण उत्सर्जन स्रोत के अंतरिक्ष-समय आयामों को निर्धारित करने के लिए भारी-आयन समुदाय द्वारा एच. बी. टी. तकनीक का उपयोग किया जाने लगा। 2005 तक इस क्षेत्र में विकास के लिए, उदाहरण के लिए इस समीक्षा लेख को देखें। तरंग यांत्रिकी वास्तव में, एच. बी. टी. प्रभाव की भविष्यवाणी केवल घटना विद्युत चुम्बकीय विकिरण को एक शास्त्रीय तरंग के रूप में मानते हुए की जा सकती है। मान लीजिए कि हमारे पास दो डिटेक्टरों पर आवृत्ति के साथ एक एकवर्णी तरंग है, एक आयाम के साथ जो तरंग अवधि की तुलना में धीमी गति से समय पर बदलता है। (इस तरह की लहर उतार-चढ़ाव की तीव्रता के साथ बहुत दूर के बिंदु स्रोत से उत्पन्न हो सकती है।) चूंकि डिटेक्टर अलग होते हैं, मान लीजिए कि दूसरा डिटेक्टर संकेत को एक समय, या समकक्ष रूप से, एक चरण से विलंबित करता है; अर्थात, प्रत्येक डिटेक्टर द्वारा दर्ज की गई तीव्रता तरंग आयाम का वर्ग है, जो एक समय-सीमा पर औसत होती है जो तरंग अवधि की तुलना में लंबी होती है लेकिन इसमें उतार-चढ़ाव की तुलना में छोटी होती हैः जहां ओवरलाइन इस समय औसत को इंगित करती है। कुछ टेराहर्ट्ज़ (एक पिकोसेकंड से कम तरंग अवधि) से ऊपर की तरंग आवृत्तियों के लिए, इस तरह का समय औसत अपरिहार्य है, क्योंकि फोटोडायोड और फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब जैसे डिटेक्टर ऐसे फोटोक्रेंट का उत्पादन नहीं कर सकते हैं जो ऐसे छोटे समय पर भिन्न होते हैं। इन समय-औसत तीव्रताओं के सहसंबंध कार्य की गणना तब की जा सकती हैः अधिकांश आधुनिक योजनाएं वास्तव में दो डिटेक्टरों पर तीव्रता के उतार-चढ़ाव में सहसंबंध को मापती हैं, लेकिन यह देखना बहुत मुश्किल नहीं है कि यदि तीव्रताएं सहसंबद्ध हैं, तो उतार-चढ़ाव, जहां औसत तीव्रता है, को सहसंबद्ध किया जाना चाहिए, क्योंकि विशेष मामले में जिसमें मुख्य रूप से एक स्थिर क्षेत्र होता है जिसमें एक छोटा सा साइनसॉइड रूप से भिन्न घटक होता है, समय-औसत तीव्रताएँ साथ होती हैं, और आनुपातिक शब्दों को इंगित करती हैं, जो छोटे होते हैं और जिन्हें अनदेखा किया जा सकता है। इन दो तीव्रताओं का सहसंबंध कार्य तब दो डिटेक्टरों के बीच देरी पर एक साइनसॉइडल निर्भरता दिखा रहा है। क्वांटम व्याख्या उपरोक्त चर्चा से यह स्पष्ट होता है कि हैनबरी ब्राउन और ट्विस (या फोटॉन बंचिंग) प्रभाव को पूरी तरह से शास्त्रीय प्रकाशिकी द्वारा वर्णित किया जा सकता है। प्रभाव का क्वांटम विवरण कम सहज हैः यदि कोई यह मानता है कि एक तापीय या अराजक प्रकाश स्रोत जैसे कि एक तारा यादृच्छिक रूप से फोटॉन का उत्सर्जन करता है, तो यह स्पष्ट नहीं है कि फोटॉन कैसे "जानते हैं" कि उन्हें एक सहसंबद्ध (बंच) तरीके से एक डिटेक्टर तक पहुंचना चाहिए। 1961 में यूगो फ़ानो द्वारा सुझाया गया एक सरल तर्क क्वांटम व्याख्या के सार को पकड़ता है। दो बिंदुओं पर विचार करें और एक स्रोत में जो दो डिटेक्टरों द्वारा खोजे गए फोटॉनों का उत्सर्जन करता है और जैसा कि आरेख में है। एक संयुक्त पहचान तब होती है जब उत्सर्जित फोटॉन का पता लगाया जाता है और उत्सर्जित फोटॉन का पता (लाल तीर) द्वारा लगाया जाता है या जब फोटॉन का पता लगाया जाता है और (हरे तीर) द्वारा लगाया जाता है। इन दोनों संभावनाओं के लिए क्वांटम यांत्रिक संभाव्यता आयामों को क्रमशः और द्वारा दर्शाया जाता है। यदि फोटॉन अप्रभेद्य हैं, तो दो आयाम दो स्वतंत्र घटनाओं के लिए संयुक्त पहचान संभावना देने के लिए रचनात्मक रूप से हस्तक्षेप करते हैं। स्रोत में सभी संभावित जोड़े का योग हस्तक्षेप को तब तक धो देता है जब तक कि दूरी पर्याप्त रूप से कम न हो। फानो की व्याख्या दो-कण आयामों पर विचार करने की आवश्यकता को अच्छी तरह से दर्शाती है, जो अधिकांश हस्तक्षेप प्रभावों की व्याख्या करने के लिए उपयोग किए जाने वाले अधिक परिचित एकल-कण आयामों के रूप में सहज नहीं हैं। इससे यह समझाने में मदद मिल सकती है कि 1950 के दशक में कुछ भौतिकविदों को हैनबरी ब्राउन और ट्विस परिणाम को स्वीकार करने में कठिनाई क्यों हुई। लेकिन क्वांटम दृष्टिकोण शास्त्रीय परिणाम को पुनः उत्पन्न करने के लिए केवल एक फैंसी तरीके से अधिक हैः यदि फोटॉनों को इलेक्ट्रॉनों जैसे समान फर्मियनों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, तो कणों के आदान-प्रदान के तहत तरंग कार्यों की एंटीसिमेट्री हस्तक्षेप को विनाशकारी बनाती है, जिससे छोटे डिटेक्टर पृथक्करण के लिए शून्य संयुक्त पहचान संभावना होती है। इस प्रभाव को फर्मियन का एंटीबंचिंग कहा जाता है। उपरोक्त उपचार फोटॉन एंटीबंचिंग की भी व्याख्या करता हैः यदि स्रोत में एक परमाणु होता है, जो एक समय में केवल एक फोटॉन का उत्सर्जन कर सकता है, तो दो निकट दूरी वाले डिटेक्टरों में एक साथ पता लगाना स्पष्ट रूप से असंभव है। एंटीबंचिंग, चाहे बोसन का हो या फर्मियन का, कोई शास्त्रीय तरंग अनुरूप नहीं है। क्वांटम प्रकाशिकी के क्षेत्र के दृष्टिकोण से, एच. बी. टी. प्रभाव नई स्थितियों में क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स को लागू करने के लिए भौतिकविदों (उनमें से रॉय जे. ग्लॉबर और लियोनार्ड मंडेल) का नेतृत्व करने के लिए महत्वपूर्ण था, जिनमें से कई का कभी प्रयोगात्मक रूप से अध्ययन नहीं किया गया था, और जिनमें शास्त्रीय और क्वांटम भविष्यवाणियां भिन्न होती हैं। बोस-आइंस्टीन सहसंबंध विद्युत चुंबकत्व और शास्त्रीय प्रकाशिकी की सुसंगतता समयरेखा की डिग्री भी देखें फुटनोट्स संदर्भ-पेपर जिसने (गलत तरीके से) हैनबरी ब्राउन और ट्विस प्रभाव के अस्तित्व पर विवाद किया-पीडीएफ डाउनलोड के रूप में डाउनलोड किए गए प्रभाव का प्रयोगात्मक प्रदर्शन-किम्बल और मंडेल के अनुनाद प्रतिदीप्ति में फोटॉन एंटीबंचिंग के मुक्त-स्थान प्रदर्शन के लिए गुहा-क्यूईडी समकक्ष बाहरी लिंक 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:// डु. एडु/~ जेकेल्वर्ट/एस्ट्रो/स्टारसिज़. एचटीएम http://www.2physics.com/2010/11/hanbury-brown-and-twiss-interferometry.html हैनबरी-ब्राउन-ट्विस प्रयोग (बेकर और हिक्ल जीएमबीएच)।