Hanbury Brown and Twiss effect
طبیعیات میں، ہینبری براؤن اینڈ ٹوئس (ایچ بی ٹی) اثر ذرات کی بیم سے دو ڈٹیکٹرز کے ذریعہ موصول ہونے والی شدت میں مختلف قسم کے ارتباط اور مخالف ارتباط کے اثرات میں سے کوئی بھی ہے۔ ایچ بی ٹی کے اثرات کو عام طور پر بیم کی لہر-ذرہ دوہری سے منسوب کیا جا سکتا ہے، اور کسی دیئے گئے تجربے کے نتائج کا انحصار اس بات پر ہوتا ہے کہ آیا بیم فرمینز یا بوسون پر مشتمل ہے۔ وہ آلات جو اثر استعمال کرتے ہیں انہیں عام طور پر شدت انٹرفیرومیٹر کہا جاتا ہے اور اصل میں فلکیات میں استعمال ہوتے تھے، حالانکہ وہ کوانٹم آپٹکس کے میدان میں بھی بہت زیادہ استعمال ہوتے ہیں۔ 1954 میں، رابرٹ ہینبری براؤن اور رچرڈ کیو ٹوئس نے ستاروں کے چھوٹے کونیی سائز کی پیمائش کے لیے ریڈیو فلکیات میں شدت انٹرفیرومیٹر کا تصور متعارف کرایا، جس سے پتہ چلتا ہے کہ یہ مرئی روشنی کے ساتھ بھی کام کر سکتا ہے۔ اس تجویز کا کامیابی سے تجربہ کرنے کے فورا بعد: 1956 میں انہوں نے پارے کے بخارات کے لیمپ سے نیلی روشنی کا استعمال کرتے ہوئے ایک ان لیب تجرباتی ماک اپ شائع کیا، اور بعد میں اسی سال، انہوں نے سیریس کے سائز کی پیمائش کے لیے اس تکنیک کا اطلاق کیا۔ بعد کے تجربے میں، چند میٹر سے الگ ہونے والی دو فوٹو ملٹی پلیئر ٹیوبوں کو خام دوربینوں کا استعمال کرتے ہوئے ستارے کی طرف نشانہ بنایا گیا، اور دونوں اتار چڑھاؤ والی شدتوں کے درمیان ایک ارتباط دیکھا گیا۔ جیسا کہ ریڈیو مطالعات میں، ارتباط ختم ہو گیا کیونکہ انہوں نے علیحدگی میں اضافہ کیا (اگرچہ کلومیٹر کے بجائے میٹر سے زیادہ)، اور انہوں نے اس معلومات کو سیریس کے ظاہری کونیی سائز کا تعین کرنے کے لیے استعمال کیا۔ اس نتیجے کو طبیعیات کی برادری میں بہت زیادہ شکوک و شبہات کا سامنا کرنا پڑا۔ ریڈیو فلکیات کے نتیجے کو میکسویل کی مساوات کے ذریعے جائز قرار دیا گیا تھا، لیکن خدشات تھے کہ اثر نظری طول موج پر ٹوٹ جانا چاہیے، کیونکہ روشنی کو نسبتا کم تعداد میں فوٹونوں میں شمار کیا جائے گا جو ڈٹیکٹرز میں مجرد فوٹو الیکٹرانوں کو جنم دیتے ہیں۔ بہت سے طبیعیات دانوں کو خدشہ تھا کہ ارتباط تھرموڈینامکس کے قوانین سے مطابقت نہیں رکھتا تھا۔ کچھ لوگوں نے یہ بھی دعوی کیا کہ اس اثر نے غیر یقینی اصول کی خلاف ورزی کی ہے۔ ہینبری براؤن اور ٹوئس نے اس تنازعہ کو مضامین کی ایک صاف سیریز میں حل کیا (نیچے حوالہ جات دیکھیں) جس سے یہ ظاہر ہوا کہ، سب سے پہلے، کوانٹم آپٹکس میں لہر کی ترسیل بالکل وہی ریاضیاتی شکل تھی جو میکسویل کی مساوات کی تھی، حالانکہ ڈٹیکٹر پر کوانٹائزیشن کی وجہ سے اضافی شور کی اصطلاح کے ساتھ، اور دوسرا، کہ میکسویل کی مساوات کے مطابق، شدت انٹرفیرومیٹری کو کام کرنا چاہیے۔ دوسرے، جیسے ایڈورڈ ملز پرسیل نے فوری طور پر اس تکنیک کی حمایت کی، اس بات کی طرف اشارہ کرتے ہوئے کہ بوسون کی کلمپنگ محض اس اثر کا مظہر ہے جو پہلے ہی شماریاتی میکانکس میں جانا جاتا ہے۔ کئی تجربات کے بعد، طبیعیات کی پوری برادری نے اس بات پر اتفاق کیا کہ مشاہدہ شدہ اثر حقیقی تھا۔ اصل تجربے میں اس حقیقت کا استعمال کیا گیا کہ دو بوسون ایک ہی وقت میں دو الگ الگ ڈٹیکٹر تک پہنچتے ہیں۔ مورگن اور مینڈل نے فوٹونوں کی ایک مدھم بیم بنانے کے لیے تھرمل فوٹون ماخذ کا استعمال کیا اور فوٹونوں کے ایک ہی ڈٹیکٹر پر ایک ہی وقت میں پہنچنے کے رجحان کا مشاہدہ کیا۔ ان دونوں اثرات نے روشنی کی لہر کی نوعیت کو آمد کے وقت میں ارتباط پیدا کرنے کے لیے استعمال کیا-اگر ایک فوٹون بیم کو دو بیموں میں تقسیم کیا جاتا ہے، تو روشنی کی ذرہ نوعیت کے لیے ضروری ہے کہ ہر فوٹون کا مشاہدہ صرف ایک ڈٹیکٹر پر کیا جائے، اور اس لیے 1977 میں ایچ جیف کمبل نے ایک مخالف ارتباط کا مشاہدہ کیا۔ آخر میں، بوسونوں میں ایک دوسرے کے ساتھ جمع ہونے کا رجحان ہوتا ہے، جو بوس-آئن سٹائن کے ارتباط کو جنم دیتا ہے، جبکہ پالی اخراج کے اصول کی وجہ سے فرمیئنز الگ ہونے کا رجحان رکھتے ہیں، جس کی وجہ سے فرمی-ڈیراک (اینٹی) ارتباط ہوتے ہیں۔ بوس-آئن سٹائن ارتباط پیاون، کاون اور فوٹون کے درمیان اور پروٹون، نیوٹرون اور الیکٹرانوں کے درمیان فرمی ڈیراک (اینٹی) ارتباط کے درمیان مشاہدہ کیے گئے ہیں۔ اس شعبے میں عمومی تعارف کے لیے، رچرڈ ایم وینر کی بوس-آئن سٹائن ارتباط پر نصابی کتاب دیکھیں۔ ایچ بی ٹی اثر کی "ٹریپ اینڈ فری فال" مشابہت میں بوس آئن سٹائن کنڈینسیٹ کے پسپائی میں فرق موازنہ کو متاثر کرتا ہے۔ نیز، ذرہ طبیعیات کے میدان میں، گیرسن گولڈ ہیبر اور دیگر۔ 1959 میں برکلے میں ایک تجربہ کیا اور ایک جیسے پیاون کے درمیان ایک غیر متوقع کونیی ارتباط پایا، جس سے ρ0 گونج کا پتہ چلا۔ اس کے بعد سے، بھاری آئن کمیونٹی نے بھاری آئن کے تصادم کے لیے ذرہ اخراج کے منبع کے خلائی وقت کے طول و عرض کا تعین کرنے کے لیے ایچ بی ٹی تکنیک کا استعمال کرنا شروع کر دیا۔ 2005 تک اس شعبے میں ہونے والی پیش رفت کے لیے، مثال کے طور پر یہ جائزہ مضمون دیکھیں۔ لہر میکانکس حقیقت میں ایچ بی ٹی اثر کی پیش گوئی صرف واقع برقی مقناطیسی تابکاری کو کلاسیکی لہر کے طور پر استعمال کرکے کی جا سکتی ہے۔ فرض کریں کہ ہمارے پاس دو ڈٹیکٹرز پر فریکوئنسی کے ساتھ ایک یک رنگ لہر ہے، جس کا طول و عرض لہر کی مدت سے سست ٹائم اسکیل پر مختلف ہوتا ہے۔ (اس طرح کی لہر اتار چڑھاؤ کی شدت کے ساتھ بہت دور کے نقطہ ماخذ سے پیدا ہو سکتی ہے۔) چونکہ ڈٹیکٹر الگ ہوتے ہیں، فرض کریں کہ دوسرا ڈٹیکٹر سگنل کو ایک وقت، یا اس کے مساوی، ایک مرحلے سے تاخیر دلاتا ہے۔ یعنی، ہر ڈٹیکٹر کے ذریعہ ریکارڈ کی گئی شدت لہر کے طول و عرض کا مربع ہے، جو ایک ٹائم اسکیل پر اوسط ہوتی ہے جو لہر کی مدت کے مقابلے میں لمبی ہوتی ہے لیکن اتار چڑھاؤ کے مقابلے میں مختصر ہوتی ہے: جہاں اوور لائن اس وقت کی اوسط کی نشاندہی کرتی ہے۔ چند ٹیرا ہرٹز سے اوپر کی لہر تعدد کے لیے (لہر کے ادوار ایک پیکو سیکنڈ سے کم)، اس طرح کا وقت اوسط ناگزیر ہے، کیونکہ فوٹوڈیوڈس اور فوٹو ملٹی پلیئر ٹیوبز جیسے ڈٹیکٹر ایسے فوٹوکورینٹ پیدا نہیں کر سکتے جو اس طرح کے مختصر ٹائم اسکیل پر مختلف ہوتے ہیں۔ اس کے بعد ان وقت کی اوسط شدتوں کے ارتباط فنکشن کا حساب لگایا جا سکتا ہے: زیادہ تر جدید اسکیمیں دراصل دو ڈٹیکٹرز پر شدت کے اتار چڑھاؤ میں ارتباط کی پیمائش کرتی ہیں، لیکن یہ دیکھنا زیادہ مشکل نہیں ہے کہ اگر شدتوں کا باہمی تعلق ہے، تو اتار چڑھاؤ، جہاں اوسط شدت ہے، کو باہمی تعلق ہونا چاہیے، کیونکہ خاص صورت میں جو بنیادی طور پر ایک مستحکم فیلڈ پر مشتمل ہوتا ہے جس میں ایک چھوٹا سا سینوسائڈلی مختلف جزو ہوتا ہے، وقت کی اوسط شدت اس کے ساتھ ہوتی ہے، اور اس کے متناسب اصطلاحات کی نشاندہی کرتی ہے، جو چھوٹے ہوتے ہیں اور انہیں نظر انداز کیا جا سکتا ہے۔ ان دونوں شدتوں کا ارتباط فنکشن پھر دونوں ڈٹیکٹرز کے درمیان تاخیر پر سینوسائڈل انحصار ظاہر کر رہا ہے۔ کوانٹم کی تشریح مندرجہ بالا بحث یہ واضح کرتی ہے کہ ہینبری براؤن اور ٹوئس (یا فوٹون بنچنگ) اثر کو مکمل طور پر کلاسیکی آپٹکس کے ذریعے بیان کیا جا سکتا ہے۔ اثر کی کوانٹم تفصیل کم بدیہی ہے: اگر کوئی یہ فرض کرتا ہے کہ تھرمل یا افراتفری کا روشنی کا ذریعہ جیسے کہ ستارہ تصادفی طور پر فوٹون خارج کرتا ہے، تو یہ واضح نہیں ہے کہ فوٹون کس طرح "جانتے" ہیں کہ انہیں ایک مربوط (بنچڈ) انداز میں ڈٹیکٹر تک پہنچنا چاہیے۔ 1961 میں یوگو فانو کی طرف سے تجویز کردہ ایک سادہ دلیل کوانٹم وضاحت کے جوہر کو ظاہر کرتی ہے۔ دو نکات پر غور کریں اور ایک ایسے ماخذ میں جو دو ڈٹیکٹرز کے ذریعے پائے جانے والے فوٹونوں کو خارج کرتا ہے اور جیسا کہ خاکہ میں ہے۔ مشترکہ پتہ اس وقت لگایا جاتا ہے جب اس کے ذریعے خارج ہونے والے فوٹون کا پتہ لگایا جاتا ہے اور اس کے ذریعے خارج ہونے والے فوٹون کا پتہ (سرخ تیروں) کے ذریعے لگایا جاتا ہے یا جب اس کے فوٹون کا پتہ (سبز تیروں) کے ذریعے لگایا جاتا ہے۔ ان دونوں امکانات کے لیے کوانٹم مکینیکل امکانی طول و عرض کو بالترتیب اور سے ظاہر کیا جاتا ہے۔ اگر فوٹون ناقابل تفرقہ ہیں، تو دونوں طول و عرض تعمیری طور پر مداخلت کرتے ہیں تاکہ مشترکہ پتہ لگانے کا امکان دو آزاد واقعات سے زیادہ ہو۔ ماخذ میں موجود تمام ممکنہ جوڑوں کا مجموعہ مداخلت کو دھو دیتا ہے جب تک کہ فاصلہ کافی کم نہ ہو۔ فانو کی وضاحت دو ذرات کے طول و عرض پر غور کرنے کی ضرورت کی اچھی طرح سے وضاحت کرتی ہے، جو زیادہ تر مداخلت کے اثرات کی تشریح کے لیے استعمال ہونے والے زیادہ واقف واحد ذرات کے طول و عرض کی طرح بدیہی نہیں ہیں۔ اس سے اس بات کی وضاحت کرنے میں مدد مل سکتی ہے کہ 1950 کی دہائی میں کچھ طبیعیات دانوں کو ہینبری براؤن اور ٹوئس کے نتائج کو قبول کرنے میں مشکل کیوں پیش آئی۔ لیکن کوانٹم نقطہ نظر کلاسیکی نتیجہ کو دوبارہ پیش کرنے کے لیے محض ایک فینسی طریقہ سے زیادہ ہے: اگر فوٹونوں کو الیکٹرانوں جیسے یکساں فرمینوں سے تبدیل کیا جاتا ہے، تو ذرات کے تبادلے کے تحت لہر کے افعال کی اینٹیسیمیٹری مداخلت کو تباہ کن بناتی ہے، جس کی وجہ سے چھوٹے ڈٹیکٹر کے علیحدگی کے لیے جوڑوں کا پتہ لگانے کا امکان صفر ہو جاتا ہے۔ اس اثر کو فرمین کی اینٹی پنچنگ کہا جاتا ہے۔ مندرجہ بالا علاج فوٹون اینٹی پنچنگ کی بھی وضاحت کرتا ہے: اگر ماخذ ایک ایٹم پر مشتمل ہے، جو ایک وقت میں صرف ایک فوٹون خارج کر سکتا ہے، تو دو قریبی فاصلے والے ڈٹیکٹرز میں بیک وقت پتہ لگانا واضح طور پر ناممکن ہے۔ اینٹی بنچنگ، چاہے بوسون کی ہو یا فرمین کی، کوئی کلاسیکی لہر اینالاگ نہیں ہے۔ کوانٹم آپٹکس کے میدان کے نقطہ نظر سے، ایچ بی ٹی اثر ماہرین طبیعیات (ان میں رائے جے گلوبر اور لیونارڈ مینڈل شامل ہیں) کے لیے اہم تھا کہ وہ نئے حالات میں کوانٹم الیکٹرو ڈائنامکس کا اطلاق کریں، جن میں سے بہت سے کا کبھی تجرباتی طور پر مطالعہ نہیں کیا گیا تھا، اور جن میں کلاسیکی اور کوانٹم کی پیش گوئیاں مختلف ہیں۔ نیز دیکھیں بوس-آئن سٹائن ارتباط برقی مقناطیسیت اور کلاسیکی آپٹکس کی ہم آہنگی ٹائم لائن کی ڈگری فوٹ نوٹ حوالہ جات-کاغذ جس نے (غلط طریقے سے) ہینبری براؤن اور ٹوئس اثر کے وجود سے اختلاف کیا-پی ڈی ایف ڈاؤن لوڈ کے طور پر ڈاؤن لوڈ ہونے والے اثر کا تجرباتی مظاہرہ-کمبل اور مینڈل کے گونج فلوروسینس میں فوٹون اینٹی بنچنگ کے فری اسپیس مظاہرے کے لیے کیوٹی-کیو ای ڈی کے مساوی بیرونی لنکس 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:// ڈو۔ ایڈو/~ جی کالورٹ/آسٹرو/اسٹارز۔ ایچ ٹی ایم http://www.2physics.com/2010/11/hanbury-brown-and-twiss-interferometry.html ہینبری-براؤن-ٹوئس تجربہ (بیکر اور ہکل جی ایم بی ایچ)