অতিবেগুনী বিকিরণ বরফের রাসায়নিক বিক্রিয়ার একটি শৃঙ্খল ঘটায়, যার প্রকৃতি কয়েক দশক ধরে একটি রহস্য ছিল। এখন শিকাগো ইউনিভার্সিটি এবং আবদুস সালাম ইন্টারন্যাশনাল সেন্টার ফর থিওরিটিক্যাল ফিজিক্সের গবেষকরা কোয়ান্টাম মেকানিকাল মডেলিং ব্যবহার করেছেন যে দেখানোর জন্য যে আইস ক্রিস্টাল জালিতে মাইক্রোস্কোপিক ত্রুটিগুলি একটি মূল ভূমিকা পালন করে। কাজটি প্রসিডিংস অফ দ্য ন্যাশনাল একাডেমি অফ সায়েন্সেস (PNAS) জার্নালে প্রকাশিত হয়েছিল।
প্রথম অদ্ভুত জিনিসটি প্রায় 40 বছর আগে লক্ষ্য করা হয়েছিল: বরফের নমুনাগুলি কয়েক মিনিটের জন্য UV আলোর সংস্পর্শে আসে এবং ঘন্টার জন্য UV আলোর সংস্পর্শে আসা নমুনাগুলি বিভিন্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্য শোষণ করে। এর মানে হল যে আলোর প্রভাবে বরফের রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলি পরিবর্তিত হয়, কিন্তু তারপরে এই প্রক্রিয়াগুলি ব্যাখ্যা করা যায় না।
শিকাগো বিশ্ববিদ্যালয়ের আণবিক প্রকৌশলের অধ্যাপক জুলিয়া গ্যালি বলেন, “এর আগে কেউই এত নির্ভুলতার সাথে ইউভি আলো এবং বরফের মিথস্ক্রিয়া মডেল করতে সক্ষম হয়নি।”
দলটি গণনামূলক কৌশল প্রয়োগ করেছিল যা গ্যালি এবং তার সহকর্মীরা কোয়ান্টাম প্রযুক্তি উপকরণ অধ্যয়নের জন্য বিকাশ করছিলেন। এই পদ্ধতিগুলি পারমাণবিক প্রক্রিয়াগুলিতে বরফকে “বিভক্ত” করা এবং অতিবেগুনী আলোর সাথে মিথস্ক্রিয়াকে কীভাবে ত্রুটিগুলি প্রভাবিত করে তা সঠিকভাবে পর্যবেক্ষণ করা সম্ভব করে – এমন কিছু যা সরাসরি পরীক্ষায় দেখা যায় না।
কাজের প্রধান লেখক মার্তা মন্টি ব্যাখ্যা করেছেন: “বরফ একটি অত্যন্ত জটিল বস্তু। আলোর সাথে মিথস্ক্রিয়া করার সময়, জলের অণুগুলি ভেঙে যেতে পারে, নতুন র্যাডিকেল এবং আয়ন তৈরি করতে পারে এবং এই পণ্যগুলি উপাদানটির আচরণকে সম্পূর্ণরূপে পরিবর্তন করে।”
বিজ্ঞানীরা চার ধরনের বরফ অধ্যয়ন করেছেন: একটি নিখুঁত স্ফটিক এবং ত্রুটিযুক্ত তিনটি রূপ – শূন্যস্থান (অনুপস্থিত অণু), এমবেডেড হাইড্রোক্সাইড আয়ন এবং বিজেররাম ত্রুটি, যা হাইড্রোজেন বন্ড অর্ডারকে ব্যাহত করে। প্রতিটি ধরণের ত্রুটি আমূলভাবে সেই শক্তিকে পরিবর্তন করে যেখানে বরফ অতিবেগুনী আলো শোষণ করতে শুরু করে, একটি অনন্য “অপটিক্যাল ফিঙ্গারপ্রিন্ট” রেখে যায় যা এটিকে প্রকৃত নমুনায় সনাক্ত করতে দেয় এবং বরফের ইলেকট্রনগুলি বিকিরণিত হলে কীভাবে আচরণ করে তা প্রভাবিত করে – তারা অবাধে চলাচল করে বা মাইক্রোস্কোপিক গহ্বরে আটকা পড়ে।
এই ফলাফলগুলি 1980-এর দশকে পর্যবেক্ষণগুলি ব্যাখ্যা করে যখন বরফ, দীর্ঘ সময় ধরে বিকিরণ করার পরে, নতুন শোষণ লাইনগুলি প্রদর্শন করেছিল যা আগে ব্যাখ্যা করা হয়নি।
বরফ কীভাবে আলো শোষণ করে এবং নির্গত করে তা বোঝা মডেল গলতে, ফাটল গঠনে এবং বরফ এবং বায়ুমণ্ডলের মধ্যে মিথস্ক্রিয়ায় সহায়তা করবে।
দলটি মডেলের ভবিষ্যদ্বাণী এবং আরও জটিল ত্রুটির সেটের পাশাপাশি গলিত জলের স্তরের প্রভাব অধ্যয়ন করার পরিকল্পনাগুলি সরাসরি পরীক্ষা করার জন্য পরীক্ষাগুলি প্রস্তুত করেছে।