पराबैंगनी विकिरण बर्फ में रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला का कारण बनता है, जिसकी प्रकृति दशकों तक एक रहस्य बनी हुई है। अब शिकागो विश्वविद्यालय और अब्दुस सलाम इंटरनेशनल सेंटर फॉर थियोरेटिकल फिजिक्स के शोधकर्ताओं ने क्वांटम मैकेनिकल मॉडलिंग का उपयोग करके दिखाया है कि बर्फ क्रिस्टल जाली में सूक्ष्म दोष एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। यह कार्य जर्नल प्रोसीडिंग्स ऑफ द नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज (पीएनएएस) में प्रकाशित हुआ था।
पहली अजीब चीज़ लगभग 40 साल पहले देखी गई थी: बर्फ के नमूने कुछ मिनटों के लिए यूवी प्रकाश के संपर्क में आए और नमूने घंटों तक यूवी प्रकाश के संपर्क में रहे, जिन्होंने विभिन्न तरंग दैर्ध्य को अवशोषित किया। इसका मतलब यह है कि प्रकाश के प्रभाव में बर्फ के रासायनिक गुण बदल जाते हैं, लेकिन फिर इन प्रक्रियाओं की व्याख्या नहीं की जा सकती है।
शिकागो विश्वविद्यालय में आणविक इंजीनियरिंग की प्रोफेसर जूलिया गैली ने कहा, “इससे पहले कोई भी इतनी सटीकता के साथ यूवी प्रकाश और बर्फ की बातचीत का मॉडल बनाने में सक्षम नहीं हुआ है।”
टीम ने कम्प्यूटेशनल तकनीकों को लागू किया जो गैली और उनके सहयोगी क्वांटम प्रौद्योगिकी सामग्रियों का अध्ययन करने के लिए विकसित कर रहे थे। ये विधियाँ बर्फ को परमाणु प्रक्रियाओं में “विभाजित” करना और सटीक रूप से निरीक्षण करना संभव बनाती हैं कि दोष पराबैंगनी प्रकाश के साथ बातचीत को कैसे प्रभावित करते हैं – ऐसा कुछ जिसे सीधे प्रयोगों में नहीं देखा जा सकता है।
कार्य के प्रमुख लेखक, मार्ता मोंटी बताते हैं: “बर्फ एक बेहद जटिल वस्तु है। प्रकाश के साथ बातचीत करते समय, पानी के अणु टूट सकते हैं, जिससे नए कण और आयन बन सकते हैं, और ये उत्पाद सामग्री के व्यवहार को पूरी तरह से बदल देते हैं।”
वैज्ञानिकों ने चार प्रकार की बर्फ का अध्ययन किया: एक आदर्श क्रिस्टल और दोष वाले तीन प्रकार – रिक्तियां (लापता अणु), एम्बेडेड हाइड्रॉक्साइड आयन और बेजेरम दोष, जो हाइड्रोजन बंधन क्रम को बाधित करते हैं। प्रत्येक प्रकार का दोष उस ऊर्जा को मौलिक रूप से बदल देता है जिस पर बर्फ यूवी प्रकाश को अवशोषित करना शुरू कर देती है, जिससे एक अद्वितीय “ऑप्टिकल फिंगरप्रिंट” निकलता है जो इसे वास्तविक नमूनों में पहचानने की अनुमति देता है और प्रभावित करता है कि विकिरण होने पर बर्फ में इलेक्ट्रॉन कैसे व्यवहार करते हैं – चाहे वे स्वतंत्र रूप से चलते हों या सूक्ष्म गुहाओं में फंस गए हों।
ये परिणाम 1980 के दशक के अवलोकनों की व्याख्या करते हैं जब लंबे समय तक विकिरण के बाद बर्फ ने नई अवशोषण रेखाएं प्रदर्शित कीं जो पहले अस्पष्ट थीं।
यह समझने से कि बर्फ कैसे प्रकाश को अवशोषित और उत्सर्जित करती है, पिघलने, दरार बनने और बर्फ और वायुमंडल के बीच बातचीत के मॉडल में मदद मिलेगी।
टीम ने मॉडल की भविष्यवाणियों का सीधे परीक्षण करने के लिए प्रयोग तैयार किए हैं और अधिक जटिल दोष सेटों के साथ-साथ पिघले पानी की परत के प्रभाव का अध्ययन करने की योजना बनाई है।
