Nuclear emulsion
نیوکلیئر ایملشن پلیٹ ایک قسم کا پارٹیکل ڈیٹیکٹر ہے جو پہلی بار 20 ویں صدی کی ابتدائی دہائیوں میں نیوکلیئر اور پارٹیکل فزکس کے تجربات میں استعمال ہوتا ہے۔ یہ فوٹو گرافی کی پلیٹ کی ایک ترمیم شدہ شکل ہے جسے تیز چارج شدہ ذرات جیسے الفا ذرات، نیوکلین، لیپٹن یا میسن کو ریکارڈ کرنے اور ان کی تحقیقات کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ایملشن کو بے نقاب کرنے اور تیار کرنے کے بعد، خوردبین کا استعمال کرتے ہوئے واحد ذرہ راستوں کا مشاہدہ اور پیمائش کی جا سکتی ہے۔ نیوکلیئر ایملشن پلیٹ فوٹو گرافی پلیٹ کی ایک ترمیم شدہ شکل ہے، جس پر جیلیٹائن کے موٹے فوٹو گرافی ایملشن کے ساتھ لیپت ہوتی ہے جس میں بہت باریک سلور ہالیڈ اناج کی زیادہ حراستی ہوتی ہے۔ ایملشن کی صحیح ساخت کو ذرہ کا پتہ لگانے کے لیے بہتر بنایا جا رہا ہے۔ اس میں انتہائی اعلی مقامی درستگی کا فائدہ ہے، جو صرف سلور ہالائڈ دانے (چند مائکرون) کے سائز تک محدود ہے، ایک ایسی درستگی جو جدید ذرہ ڈٹیکٹرز میں سے بہترین کو بھی پیچھے چھوڑ دیتی ہے (نیچے دی گئی تصویر میں کے-میسن ڈیک کے پیمانے کا مشاہدہ کریں)۔ ایملشن پلیٹوں کا ایک ڈھیر ذرات کے تعاملات کو ریکارڈ اور محفوظ کر سکتا ہے تاکہ ان کے راستوں کو 3 جہتی خلا میں سلور-ہیلائڈ اناج کے راستے کے طور پر ریکارڈ کیا جا سکے، جسے خوردبین پیمانے پر کسی بھی پہلو سے دیکھا جا سکتا ہے۔ اس کے علاوہ، ایملشن پلیٹ ایک مربوط کرنے والا آلہ ہے جسے اس وقت تک بے نقاب یا تابکاری کی جا سکتی ہے جب تک کہ مطلوبہ مقدار میں ڈیٹا جمع نہ ہو جائے۔ یہ کمپیکٹ ہے، جس میں کوئی منسلک ریڈ آؤٹ کیبلز یا الیکٹرانکس نہیں ہے، جس سے پلیٹوں کو بہت محدود جگہوں پر نصب کیا جاسکتا ہے اور، دیگر ڈٹیکٹر ٹیکنالوجیز کے مقابلے میں، تیار کرنے، چلانے اور برقرار رکھنے کے لیے نمایاں طور پر کم مہنگا ہے۔ یہ خصوصیات کائناتی شعاعوں کے اونچائی، پہاڑ اور غبارے پر مبنی مطالعات کو فعال کرنے میں فیصلہ کن تھیں جس کی وجہ سے کے-میسن کی کمی میں پائی-میسن اور برابری کی خلاف ورزی کی دریافت ہوئی۔ ذیلی جوہری "ذرہ چڑیا گھر" کی حقیقی نوعیت اور وسعت پر روشنی ڈالنا، جو جدید تجرباتی ذرہ طبیعیات کی ترقی میں ایک سنگ میل کی وضاحت کرتا ہے۔ نیوکلیئر ایملشن کا سب سے بڑا نقصان یہ ہے کہ یہ ایک گھنے اور پیچیدہ مواد (سلور، برومین، کاربن، نائٹروجن، آکسیجن) ہے جو ممکنہ طور پر متعدد بکھرنے اور آئنائزنگ توانائی کے نقصان کے ذریعے دیگر ڈٹیکٹر اجزاء کی طرف ذرات کی پرواز کو روکتا ہے۔ آخر میں، مفید، 3 جہتی ڈیجیٹائزڈ ڈیٹا حاصل کرنے کے لیے ایملشن کی بڑی مقدار کی ترقی اور اسکیننگ، ایک سست اور محنت طلب عمل ہے۔ یہ نقصانات، نئی پارٹیکل ڈیٹیکٹر اور پارٹیکل ایکسلریٹر ٹیکنالوجیز کے ظہور کے ساتھ مل کر، 20 ویں صدی کے آخر میں پارٹیکل فزکس میں نیوکلیئر ایملشن پلیٹوں کے استعمال میں کمی کا باعث بنے۔ تاہم نایاب عمل کے مطالعہ اور سائنس کی دیگر شاخوں، جیسے طب اور حیاتیات میں آٹوڈیگرافی میں اس طریقہ کار کا مسلسل استعمال باقی ہے۔ اس موضوع کے جامع اور تکنیکی طور پر تفصیلی بیان کے لیے بارکاس اور پاول، فاؤلر اور پرکنز کی کتابوں کا حوالہ دیں۔ نیوکلیئر ایملشن طریقہ کار کی تاریخ اور وسیع تر سائنسی سیاق و سباق کے وسیع جائزے کے لیے، گیلیسن کی کتاب دیکھیں۔ تاریخ 1896 میں ہنری بیکرل کی طرف سے فوٹو گرافی کے ایملشن کا استعمال کرتے ہوئے تابکاری کی دریافت کے بعد، ارنسٹ ردرفورڈ، جو پہلے کینیڈا کی میک گل یونیورسٹی میں، پھر انگلینڈ کی مانچسٹر یونیورسٹی میں کام کر رہے تھے، پہلے طبیعیات دانوں میں سے ایک تھے جنہوں نے تابکار مادوں سے خارج ہونے والی تابکاری کا تفصیل سے مطالعہ کرنے کے لیے اس طریقہ کو استعمال کیا۔ 1905 میں وہ تجارتی طور پر دستیاب فوٹو گرافی کی پلیٹوں کا استعمال کر رہے تھے تاکہ کچھ جوہری مرکزوں کے تابکار انحطاط میں پیدا ہونے والی حال ہی میں دریافت ہونے والی الفا کرنوں کی خصوصیات پر اپنی تحقیق جاری رکھیں۔ اس میں الفا شعاعوں کے ساتھ تابکاری کی وجہ سے فوٹو گرافی کی پلیٹوں کے سیاہ ہونے کا تجزیہ کرنا شامل تھا۔ یہ تاریک ہونا بہت سے چارج شدہ الفا ذرات کے تعامل سے فعال ہوا، جو شعاعوں کو بناتے ہیں، فوٹو گرافی کے ایملشن میں سلور ہالیڈ کے دانے کے ساتھ جو فوٹو گرافی کی نشوونما سے نظر آتے ہیں۔ ردرفورڈ نے مانچسٹر میں اپنے تحقیقی ساتھی، کینوشیتا سویکیٹی کی حوصلہ افزائی کی کہ وہ الفا ذرات کے فوٹو گرافی کے عمل کی مزید تفصیل سے تحقیقات کریں۔ کینوشیتا نے اپنے مقاصد میں "یہ دیکھنے کے لیے کہ آیا ایک واحد α-ذرہ ایک قابل شناخت فوٹو گرافی کا واقعہ پیدا کرتا ہے" شامل کیا۔ اس کا طریقہ یہ تھا کہ ایک اچھی طرح سے ماپا ہوا تابکار ماخذ سے تابکاری کے لیے ایملشن کو بے نقاب کیا جائے، جس کے لیے α-ذرات کے اخراج کی شرح معلوم تھی۔ اس نے اس علم اور ماخذ سے پلیٹ کی نسبتا قربت کا استعمال کرتے ہوئے پلیٹ کو عبور کرنے کے لیے متوقع α-ذرات کی تعداد کا حساب لگایا۔ انہوں نے اس تعداد کا موازنہ ایملشن میں گنے گئے تیار شدہ ہالیڈ اناج کی تعداد سے کیا، 'پس منظر کی تابکاری' کا محتاط حساب رکھتے ہوئے جس نے نمائش میں اضافی 'غیر الفا' اناج پیدا کیے۔ انہوں نے یہ تحقیقی منصوبہ 1909 میں مکمل کیا، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ "بہت باریک سلور ہالیڈ دانے کی ایملشن فلم تیار کرکے، اور اعلی میگنفکیشن کے خوردبین کا استعمال کرکے، یہ ممکن ہے کہ فوٹو گرافی کا طریقہ کافی درستگی کے ساتھ α-ذرات کی گنتی کے لیے استعمال کیا جا سکے۔" یہ پہلا موقع تھا جب فوٹو گرافی کے ایملشن کے ذریعے انفرادی چارج شدہ ذرات کا مشاہدہ حاصل کیا گیا تھا۔ تاہم، یہ انفرادی ذرہ اثرات کا پتہ لگانا تھا، نہ کہ کسی ذرہ کی توسیع شدہ رفتار کا مشاہدہ۔ اس کے فورا بعد، 1911 میں، میکس رینگنم نے دکھایا کہ ایک فوٹو گرافی کے ایملشن کے ذریعے جھلکنے والے واقعات پر ایک α-ذرہ کا گزرنے سے، جب ایملشن تیار کیا گیا تھا، تو سلور ہالیڈ اناج کی ایک قطار α-ذرہ کی رفتار کا خاکہ پیش کرتی ہے۔ ایملشن میں ایک توسیعی ذرہ ٹریک کا پہلا ریکارڈ شدہ مشاہدہ۔ اگلا قدم قدرتی طور پر اس تکنیک کو دیگر ذرہ اقسام کا پتہ لگانے اور تحقیق پر لاگو کرنا ہوتا، بشمول 1912 میں وکٹر ہیس کے ذریعہ دریافت کردہ کائناتی شعاعیں۔ تاہم، 1914 میں پہلی جنگ عظیم کے آغاز سے پیش رفت رک گئی۔ معیاری فوٹو گرافی کے ایملشن کی ذرہ کا پتہ لگانے کی کارکردگی کو بہتر بنانے کا بقایا مسئلہ، تاکہ دیگر اقسام کے ذرہ کا پتہ لگایا جا سکے-مثال کے طور پر پروٹون، ایک α-ذرہ کی وجہ سے ہونے والی آئنائزیشن کا تقریبا ایک چوتھائی حصہ پیدا کرتے ہیں-جسے مختلف فزیکل ریسرچ لیبارٹریوں نے 1920 کی دہائی میں دوبارہ اٹھایا تھا۔ خاص طور پر ماریٹا بلو، جو آسٹریا کے ویانا میں انسٹی ٹیوٹ فار ریڈیئم ریسرچ میں کام کر رہی تھیں، نے 1923 میں پروٹانوں کا پتہ لگانے کے لیے فوٹو گرافی کی ایملشن پلیٹوں کی متبادل اقسام کی تحقیقات کا آغاز کیا، جسے اس وقت "ایچ رے" کے نام سے جانا جاتا تھا۔ اس نے پیرافن موم کی تابکاری کے لیے α-ذرات کے تابکار ماخذ کا استعمال کیا، جس میں ہائیڈروجن کا مواد زیادہ ہوتا ہے۔ ایک α-ذرہ ہائیڈروجن نیوکلئس (پروٹون) سے ٹکرا سکتا ہے، اس پروٹون کو موم سے باہر نکال کر فوٹو گرافی کے ایملشن میں گرا سکتا ہے، جہاں یہ سلور ہالائڈ کے دانے کا دکھائی دینے والا راستہ پیدا کرتا ہے۔ کئی آزمائشوں کے بعد، مختلف پلیٹوں کا استعمال کرتے ہوئے اور ایملشن کو ناپسندیدہ تابکاری سے احتیاط سے بچانے کے بعد، وہ جوہری ایملشن میں پروٹون پٹریوں کا پہلا مشاہدہ کرنے میں کامیاب ہوئیں۔ لیٹرل تھنکنگ کی ایک عمدہ مثال سے، اس نے نیوکلیئر ایملشن میں نیوٹرون کا پہلا 'مشاہدہ' کرنے کے لیے اسی طرح کا طریقہ استعمال کیا۔ برقی طور پر غیر جانبدار ہونے کی وجہ سے نیوٹرون کا پتہ فوٹو گرافی کے ایملشن میں براہ راست نہیں لگایا جا سکتا، لیکن اگر یہ ایملشن میں کسی پروٹون سے ٹکرا جائے تو اس ری کوائلنگ پروٹون کا پتہ لگایا جا سکتا ہے۔ اس نے اس طریقہ کو مخصوص جوہری رد عمل کے عمل کے نتیجے میں نیوٹرانوں کے توانائی کے سپیکٹرم کا تعین کرنے کے لیے استعمال کیا۔ اس نے پروٹون توانائیوں کا تعین کرنے کے لیے ان کے راستوں کے ساتھ بے نقاب اناج کی کثافت کی پیمائش کرکے ایک طریقہ تیار کیا (تیز ترین کم سے کم آئنائزنگ ذرات سست ذرات کے مقابلے میں کم اناج کے ساتھ تعامل کرتے ہیں)۔ تیز پروٹانوں کے لمبے پٹریوں کو زیادہ درست طریقے سے ریکارڈ کرنے کے لیے، اس نے برطانوی فلم بنانے والی کمپنی الفورڈ (اب الفورڈ فوٹو) کو اس کی تجارتی پلیٹوں پر ایملشن کو گاڑھا کرنے کے لیے شامل کیا، اور اس نے ایملشن کے دیگر پیرامیٹرز-اناج کا سائز، پوشیدہ امیج برقرار رکھنے، ترقیاتی حالات-کے ساتھ تجربہ کیا تاکہ الفا ذرات اور تیز پروٹون پٹریوں کی مرئیت کو بہتر بنایا جا سکے۔ 1937 میں، ماریٹا بلو اور اس کی سابق طالبہ ہرتھا وامباچر نے نیوکلیئر ایملشن میں پھیلنے کی وجہ سے نیوکلیئر تحلیل ستارے (زرٹروممرونگسٹرن) دریافت کیے جو انسبرک کے اوپر ہافلیکارسپٹز پر 2300 میٹر کی اونچائی پر کائناتی تابکاری کے سامنے آئے تھے۔ اس دریافت نے نیوکلیئر اور کائناتی شعاعوں کی طبیعیات کی دنیا میں ایک سنسنی پیدا کی، جس نے نیوکلیئر ایملشن کے طریقہ کار کو وسیع تر سامعین کی توجہ دلائی۔ لیکن آسٹریا اور جرمنی میں سیاسی بدامنی کے آغاز نے، جو دوسری جنگ عظیم کا باعث بنا، ماریٹا بلو کے لیے تحقیق کے اس شعبے میں پیش رفت کو اچانک روک دیا۔ 1938 میں جرمن طبیعیات دان والٹر ہیٹلر، جو جرمنی سے سائنسی پناہ گزین کے طور پر انگلینڈ میں رہنے اور کام کرنے کے لیے فرار ہو گئے تھے، برسٹل یونیورسٹی میں متعدد نظریاتی موضوعات پر تحقیق کر رہے تھے، جن میں کائناتی شعاعی شاورز کی تشکیل بھی شامل تھی۔ اس نے سیسل پاول کا ذکر کیا، اس وقت کائناتی شعاعوں کا پتہ لگانے کے لیے کلاؤڈ چیمبرز کے استعمال پر غور کرتے ہوئے، کہ 1937 میں ویانا کے دو طبیعیات دانوں، بلو اور وامباچر نے آسٹریا کے الپس میں فوٹو گرافی کے ایملشن کو بے نقاب کیا تھا اور کم توانائی والے پروٹانوں کے ساتھ ساتھ 'ستاروں' یا کائناتی شعاعوں کی وجہ سے ہونے والی جوہری تحلیل کو بھی دیکھا تھا۔ اس نے پاول کو پریشان کر دیا، جس نے ہیٹلر کو ایل ایل فورڈ ہاف ٹون ایملشن کے ایک بیچ کے ساتھ سوئٹزرلینڈ کا سفر کرنے اور انہیں 3,500 میٹر پر جنگ فراجوچ پر بے نقاب کرنے پر راضی کیا۔ اگست 1939 میں 'نیچر' کو لکھے گئے ایک خط میں، وہ بلو اور وامباچر کے مشاہدات کی تصدیق کرنے میں کامیاب ہوئے۔ ان پیشرفتوں کے بعد، دوسری جنگ عظیم کے بعد، پاول اور برسٹل یونیورسٹی میں ان کے تحقیقی گروپ نے ایلفورڈ (اب ایلفورڈ فوٹو) کے ساتھ تعاون کیا، تاکہ کائناتی شعاعوں کے ذرات کا پتہ لگانے کے لیے ایملشن کو مزید بہتر بنایا جا سکے۔ الفورڈ نے ایک متمرکز 'نیوکلیئر ریسرچ' ایملشن تیار کیا جس میں سلور برومائڈ فی یونٹ حجم کی عام مقدار سے آٹھ گنا زیادہ ہوتا ہے (دیکھیں بیرونی لنک ٹو 'نیوکلیئر ایملشن بائی الفورڈ')۔ پاول کے گروپ نے سب سے پہلے یونیورسٹی آف کیمبرج کاک کرافٹ-والٹن جنریٹر/ایکسلریٹر کا استعمال کرتے ہوئے نئے 'نیوکلیئر ریسرچ' ایملشن کو انشانکن کیا، جس نے نئے ایملشن میں چارج شدہ ذرات کے لیے مطلوبہ رینج-انرجی تعلقات کی پیمائش کے لیے تحقیقات کے طور پر مصنوعی تحلیل کے ذرات فراہم کیے۔ اس کے بعد انہوں نے 20 ویں صدی کی طبیعیات میں دو سب سے اہم دریافتیں کرنے کے لیے ان ایملشنوں کا استعمال کیا۔ سب سے پہلے، 1947 میں سیسل پاول، سیزر لیٹس، جیوسیپی آکچیلینی اور ہیو مور ہیڈ (برسٹل یونیورسٹی) نے پیرینیز میں پک ڈو مڈی آبزرویٹری میں کائناتی شعاعوں کے سامنے آنے والی پلیٹوں کا استعمال کرتے ہوئے اور آئرین رابرٹس اور میریٹا کرز کے ذریعے اسکین کر کے چارج شدہ پائی میسن کو دریافت کیا۔ دوسرا، دو سال بعد 1949 میں، سوئٹزرلینڈ میں جنگفراجوچ پر اسفنکس آبزرویٹری میں بے نقاب پلیٹوں کا تجزیہ کرتے ہوئے، مثبت کے-میسن اور اس کے 'عجیب' انحطاط کا پہلا عین مشاہدہ برسٹل میں سیسل پاول کے گروپ میں ایک تحقیقی طالبہ روزمیری براؤن نے کیا۔ اس کے بعد تاؤ تھیٹا پہیلی میں 'تاؤ میسون' کے نام سے جانا جاتا ہے، ان کے-میسن کے گرنے کے طریقوں کی عین پیمائش عجیب و غریب کے کوانٹم تصور کے تعارف اور کمزور تعامل میں برابری کی خلاف ورزی کی دریافت کا باعث بنی۔ روزمیری براؤن نے ایک 'تاؤ' کی حیرت انگیز چار ٹریک ایملشن امیج کو تین چارج شدہ پیاون میں گرنے والی اس کی "کے ٹریک" قرار دیا، اس طرح مؤثر طریقے سے نئے دریافت شدہ "عجیب" کے-میسن کا نام دیا گیا۔ سیسل پاول کو 1950 کا طبیعیات کا نوبل انعام "جوہری عمل کا مطالعہ کرنے کے فوٹو گرافی کے طریقہ کار کی ترقی اور اس طریقہ سے بنے میسون کے بارے میں ان کی دریافتوں کے لیے" دیا گیا تھا۔ نئی پارٹیکل ڈیٹیکٹر اور پارٹیکل ایکسلریٹر ٹیکنالوجیز کا ظہور، تعارف میں مذکور نقصانات کے ساتھ مل کر، 20 ویں صدی کے آخر میں پارٹیکل فزکس میں نیوکلیئر ایملشن پلیٹوں کے استعمال میں کمی کا باعث بنا۔ تاہم نایاب تعاملات اور انحطاط کے عمل کے مطالعہ میں اس طریقہ کار کا مسلسل استعمال جاری رہا۔ حال ہی میں، "اسٹینڈرڈ ماڈل سے پرے طبیعیات" کی تلاش، خاص طور پر نیوٹرینو اور سیاہ مادے کا عام مادے کے ساتھ ان کے انتہائی نایاب تعاملات میں مطالعہ، اس تکنیک کے احیا کا باعث بنا ہے۔ مثال کے طور پر اوپیرا تجربہ، جو اٹلی میں گرین ساسو لیبارٹری میں نیوٹرینو ارتعاش کا مطالعہ کرتا ہے، اور سی ای آر این ایل ایچ سی میں ایف اے ایس ای آر تجربہ ہے، جو سیاہ فوٹونوں سمیت نئے، ہلکے اور کمزور تعامل کرنے والے ذرات کی تلاش کرے گا۔ دیگر ایپلی کیشنز متعدد سائنسی اور تکنیکی شعبے موجود ہیں جہاں برقی طور پر چارج شدہ ذرات کی پوزیشن، سمت اور توانائی کو درست طریقے سے ریکارڈ کرنے یا ان کے اثر کو مربوط کرنے کے لیے نیوکلیئر ایملشن کی صلاحیت کا اطلاق پایا گیا ہے۔ زیادہ تر معاملات میں ان ایپلی کیشنز میں آٹوراڈیوگرافی کے ذریعے لگائے گئے تابکار مارکر کا سراغ لگانا شامل ہوتا ہے۔ مثال یہ ہیں: طبی تحقیق حیاتیاتی تحقیق دھاتی رد عمل والی سطح کی کیمسٹری تابکاری تحفظ میوون ٹومگرافی (میوگرافی) آثار قدیمہ۔ حوالہ جات بیرونی روابط نیوکلیئر ایملشن بذریعہ الفورڈ پارٹیکل ڈیٹیکٹرز نیوکلیئر فزکس