সার্নের ২৭ কিলোমিটার দীর্ঘ লার্জ হ্যাড্রন কলাইডারের মতো সনাতন কণা ত্বারকগুলোর প্রধান সীমাবদ্ধতা হলো ধাতব চেম্বারের ইলেকট্রিক্যাল ব্রেকডাউন—তড়িৎক্ষেত্রের মান ৫০ থেকে ১০০ মেগাভোল্ট/মিটার ছাড়িয়ে গেলেই ধাতুর দেয়াল পুড়ে ধ্বংস হয়ে যায়। কিন্তু প্লাজমা হলো পূর্ব থেকেই সম্পূর্ণ আয়নিত ও ব্রেকডাউন হয়ে যাওয়া এক মাধ্যম, যার কোনো ক্ষতির সীমা নেই। অতি-উচ্চ শক্তির পেটাওয়াট লেজার পালস প্লাজমার মধ্য দিয়ে পাঠিয়ে লেজার ওয়েকফিল্ড কণা ত্বারক (LWFA) প্রতি মিটারে ১০০ গিগাভোল্ট ((100 ext{ GV/m})) পর্যন্ত ত্বরক ক্ষেত্র তৈরি করতে পারে—যা সনাতন কলাইডারের চেয়ে এক হাজার গুণ বেশি শক্তিশালী। PLASMA-301-এর সমাপনী পর্বে আমরা আপেক্ষিক পন্ডেরোমোটিভ বল এবং ভবিষ্যতের কম্প্যাক্ট টেবিলটপ প্লাজমা কলাইডারের পদার্থবিজ্ঞান উন্মোচন করব।

১. আপেক্ষিক পন্ডেরোমোটিভ বল (Ponderomotive Force)

একটি তীব্র ও স্থানিক অসমান্তরাল লেজার রশ্মি যখন প্লাজমার ইলেকট্রনের ওপর আপতিত হয়, তখন তীব্রতার তারতম্যের কারণে একটি অশূন্য গড় অ-রৈখিক ধাক্কা ইলেকট্রনগুলোকে তীব্র আলোকরশ্মির কেন্দ্র থেকে বাইরের দিকে ছুঁড়ে দেয়। একে পন্ডেরোমোটিভ বল বলা হয়:

[
mathbf{F}_p = -rac{m_e c^2}{2 overline{gamma}}
abla a_0^2
]

এখানে (a_0 quiv rac{e E_0}{m_e omega_0 c}) হলো মাত্রাহীন আপেক্ষিক ভেক্টর পটেনশিয়াল। (a_0 ge 1) হলে ইলেকট্রনের স্পন্দন বেগ প্রায় আলোর গতির কাছাকাছি পৌঁছে যায়।

২. ব্লোআউট বা “বাবল” রেজিম (Bubble Regime)

লেজার পালসের তীব্র পন্ডেরোমোটিভ বল লেজারের গতিপথ থেকে সমস্ত হালকা ইলেকট্রনকে মুহূর্তের মধ্যে দুই পাশে ছুঁড়ে ফেলে দেয়। ভারী আয়নগুলো স্থির থেকে যাওয়ায় লেজারের পেছনে একটি ধনাত্মক চার্জযুক্ত সম্পূর্ণ ফাঁকা গোলক বা প্লাজমা বাবল তৈরি হয়। সেই বাবলের শেষ প্রান্তে ছিটকে যাওয়া ইলেকট্রনগুলো যখন প্রবল কুলম্ব টানে আবার ফিরে আসে, তখন সেখানে জন্ম নেয় এক অবিশ্বাস্য অনুদৈর্ঘ্য তড়িৎক্ষেত্র:

[
E_0 = rac{m_e c omega_{pe}}{e} approx 96 sqrt{n_0 [10^{18} ext{ cm}^{-3}]} quad ext{GV/m}
]

এই ফিল্ডের তীব্রতা প্রতি মিটারে ১০০ গিগাভোল্টের বেশি! ফলে মাত্র এক সেন্টিমিটার দূরত্বের মধ্যেই একটি ইলেকট্রন গিগাইলেকট্রনভোল্ট (GeV) শক্তি অর্জন করতে সক্ষম হয়।

৩. ডিফেজিং সীমা ও ভবিষ্যতের টেবিলটপ কলাইডার

যেহেতু লেজার ওয়েকফিল্ড প্লাজমার গ্রুপ বেগে ((v_g < c)) চলে কিন্তু ত্বরান্বিত ইলেকট্রন আলোর সমান বেগে ((v approx c)) ধাবিত হয়, তাই এক সময় ইলেকট্রন ওয়েকফিল্ডকে ছাড়িয়ে মন্দন অঞ্চলে চলে যায়। একে ডিফেজিং দৈর্ঘ্য (Dephasing Length) বলা হয়:

[
L_d approx rac{4}{3} rac{omega_0^2}{omega_{pe}^3} c sqrt{a_0}
]

প্লাজমা ক্যাপিলারি চ্যানেলে একাধিক ওয়েকফিল্ড পর্যায়কে ধাপে ধাপে সাজিয়ে বিজ্ঞানীরা এখন মাত্র কয়েক মিটারের মধ্যে TeV শক্তির কণা বিম তৈরি করার দ্বারপ্রান্তে পৌঁছেছেন—যা ভবিষ্যতে হাজার কোটি ডলারের দানবীয় কলাইডারকে একটি ছোট ল্যাবরেটরির টেবিলের ওপর নামিয়ে নিয়ে আসবে।

শাকিল মাহমুদ সজল

শাকিল মাহমুদ সজল

সফটওয়্যার প্রকৌশলী ও লেখক, ঢাকা, বাংলাদেশ। কম্পিউটার বিজ্ঞান, পদার্থবিজ্ঞান, ইতিহাস ও ভাবনার সমন্বয়ে ব্যক্তিগত নোট ও প্রবন্ধ সংকলন।