আণুবীক্ষণিক টারডিগ্রেডের সঙ্গে কোয়ান্টাম পদার্থবিদ্যার সম্পর্ক পেলেন বিজ্ঞানীরা

প্রাণের মৌলিক ক্রিয়া–প্রতিক্রিয়ায় কোয়ান্টাম পদার্থবিজ্ঞানের গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা রয়েছে বলে প্রমাণ পেয়েছেন বিজ্ঞানীরা। কোয়ান্টাম পর্যায়ের ঘটনা এতটাই সংবেদনশীল হয় যে, এটি পর্যবেক্ষণের জন্য পরিপার্শ্বের অন্য সব প্রভাবককে নিষ্ক্রিয় রাখতে হয়। অন্যভাবে বলা যায়, কোয়ান্টাম ঘটনা পর্যবেক্ষণের জন্য একটি নিয়ন্ত্রিত ব্যবস্থা তৈরি করতে হয়, যেখানে তাপমাত্রা পরম শূন্যের কাছাকাছি থাকে। 

তবে প্রাণের সৃষ্টি ও অস্তিত্বে থাকার জন্য যেসব শর্ত প্রয়োজন সেগুলো কোয়ান্টাম জগতের বিপরীত। প্রাণের উপযুক্ত পরিবেশ সাধারণত জটিল, উষ্ণ এবং আর্দ্র হয়। তাহলে প্রাণের মৌলিক ক্রিয়া–প্রতিক্রিয়ার ক্ষেত্রে কীভাবে কোয়ান্টাম তত্ত্ব কাজ করে তা বুঝতে পারা জরুরি। 

পদার্থবিজ্ঞানী ও জীববিজ্ঞানীরা সম্পূর্ণ ভিন্ন এ দুই ক্ষেত্র নিয়ে পরীক্ষা নিরীক্ষা চালাতে আগ্রহী। 

সিঙ্গাপুরের নানইয়াঙ টেকনোলজিক্যাল ইউনিভার্সিটির রেইনার ডুমকে এবং তাঁর সহকর্মীরা একটি বিশেষ কোয়ান্টাম পরিস্থিতি তৈরি করেছেন। এটিকে পদার্থবিজ্ঞানের ভাষায় বলা হয়, কোয়ান্টাম এনটেঙ্গলমেন্ট (বিজড়ন)। কোয়ান্টাম বিজড়ন হলো, এমন একটি অবস্থা যেখানে দুটি স্বাধীন কণা দূরবর্তী স্থানে এমনকি হাজার কোটি আলোকবর্ষ দূরে থেকেও এমনভাবে পরস্পর সম্পর্কিত থাকে যে এদের আলাদাভাবে ব্যাখ্যা করা যায় না। একটির অবস্থা ব্যাখ্যা করতে হলে সম্পূর্ণ পরিবেশের অবস্থা ব্যাখ্যা করতে হয়। 

কোয়ান্টাম বিজড়ন তৈরির জন্য বিজ্ঞানীরা অতিপরিবাহী কিউবিট ও টারডিগ্রেড নামের একটি আণুবীক্ষণিক প্রাণী ব্যবহার করেছেন। কিউবিট হলো কোয়ান্টাম বিট। এরই মাধ্যমে বিজ্ঞানীরা সাসপেন্ডেড অ্যানিমেশনের (স্থবির অবস্থা) সবচেয়ে স্পষ্ট ঘটনা রেকর্ড করতে সক্ষম হয়েছেন। সাসপেন্ডেড অ্যানিমেশন হলো, মৃত্যু ছাড়াই জৈবিক ক্রিয়া ধীরগতির হয়ে যাওয়া। এতে প্রাণীর নিষ্ক্রিয় অবস্থাতেই শারীরবৃত্তীয় কাজগুলো চলতে থাকে। 

বিজ্ঞানীরা বলেন, পরীক্ষায় দেখা গেছে, টারডিগ্রেড নিজেই সাব–সিস্টেমের (অভ্যন্তরস্থ ব্যবস্থা) সঙ্গে বিজড়িত হয়ে যায়। 

চরম পরিস্থিতিতেও টারডিগ্রেড টিকে থাকতে পারে। এর জন্য জীবটি ক্রিপটোবায়োসিস নামক অবস্থায় চলে যায়। ক্রিপটোবায়োসিসে প্রাণীর জৈবিক ক্রিয়ায় চরম নিষ্ক্রিয়তা দেখা দেয়। প্রাণীটিকে হিমায়িত বা শুষ্ক অবস্থায় নেওয়া হলে এটি বিপাকীয় সক্রিয়তা কমিয়ে ফেলে। তাপমাত্রা বাড়লে এবং পানির সংস্পর্শে এলে এটি আবার সক্রিয় হয়ে ওঠে। আবার সক্রিয় হতে টারডিগ্রেডের সাধারণত কয়েক মিনিট সময় লাগে। 

বিজড়ন নিয়ে পর্যবেক্ষণ করার জন্য ডুমকে ও তাঁর সহকর্মীরা টারডিগ্রেডকে ১০ মিলি কেলভিনেরও কম তাপমাত্রায় ঠান্ডা করেন, যা প্রায় পরমশূন্য তাপমাত্রার কাছাকাছি। এর পাশাপাশি তাঁরা চাপও কমিয়ে পরিবেশের চেয়ে ১০ লাখ গুণ কম চাপের সৃষ্টি করেন। এ পরিবেশে কোনো ধরনের রাসায়নিক বিক্রিয়া সম্ভব নয়। তাই ধারণা করা হয়, টারডিগ্রেডের বিপাক ক্রিয়া হয়তো সম্পূর্ণরূপে বন্ধ হয়ে গেছে এবং হয়তো এর প্রাণের প্রক্রিয়াও বন্ধ হয়ে গেছে। 

গবেষকেরা বলেন, ‘এটি এখন পর্যন্ত রেকর্ড করা সর্বনিম্ন তাপমাত্রা এবং চাপ, যেখানে টারডিগ্রেড টিকে থাকতে পেরেছে।’

টারডিগ্রেডকে এ অবস্থায় ডাই–ইলেকট্রিক বা পরাবৈদ্যুতিক পদার্থ বলা যেতে পারে। অর্থাৎ এটি তড়িৎ পরিবহন করতে না পারলেও তড়িৎক্ষেত্রে রাখলে এর পৃষ্ঠতলে আধানের সৃষ্টি হতে পারে। গবেষকেরা এ অবস্থার একটি সিমুলেশন করে সেখানে টারডিগ্রেডকে পরাবৈদ্যুতিক কিউব হিসেবে ব্যবহার করে দেখেছেন। 

এ পরীক্ষায় এমন দুটি অতিপরিবাহী ক্যাপাসিটর নেওয়া হয় যেগুলো ঠান্ডা করা হলে বিভিন্ন দশার একটি উপরিপাতের মধ্যে অবস্থান করতে পারে, এই দশাকে বলে কিউবিট। টারডিগ্রেডকে এক কিউবিটের ক্যাপাসিটর প্লেটগুলোর মাঝখানে রাখা হয়, যাতে এটি ক্যাপাসিটরের অবিচ্ছেদ্য হয়ে ওঠে। গবেষকেরা তখন কিউবিটের বৈশিষ্ট্যগুলোতে টার্ডিগ্রেডের প্রভাব পরিমাপ করতে সক্ষম হন। 

কোয়ান্টাম বিট
গবেষকেরা এ কিউবিটকে এর পাশের পরিবেশের সঙ্গে এনটেঙ্গল করেন, যেন পুরো ব্যবস্থাটিই একটি একক কোয়ান্টাম বস্তুতে পরিণত হয়। অর্থাৎ টারডিগ্রেডটি ঠিক তার পাশের পরিবেশের সঙ্গে বিজড়িত হয়। 

ডুমকে এবং তাঁর সহকর্মীরা বলেন, ক্রিপটোবায়োসিসে থাকা প্রাণীটি ও অতিপরিবাহী কোয়ান্টাম বিটের মধ্যে বন্ধন তৈরি করে এবং এই সম্মিলিত ব্যবস্থা ও অন্য একটি কিউবিটের সমন্বয়ে একটি উচ্চ বিজড়ন পরিবেশের সৃষ্টি করে সেটি পর্যবেক্ষণ করেছি।

দুই সপ্তাহেরও বেশি সময় ধরে ক্রিপটোবায়োসিসে থাকার পর গবেষকেরা টারডিগ্রেডকে ক্রমে তাপ দিতে থাকেন। এর সঙ্গে প্রাণীটিকে তাঁরা স্বাভাবিক চাপের মধ্যে আনা শুরু করেন। প্রাণীটি ক্রমে সক্রিয় রূপে ফিরে আসে। এ থেকে চরম পরিবেশে ও জটিল অবস্থায় প্রাণীর টিকে থাকার নতুন রেকর্ড তৈরি হয়।

এ গবেষণার মাধ্যমে কোয়ান্টাম প্রভাব কীভাবে কাজে লাগানো যায় তার একটি নমুনা তুলে ধরা হয়েছে। তবে, এ গবেষণা প্রতিবেদনটিতে প্রাণের প্রক্রিয়ায় কীভাবে কোয়ান্টাম পদার্থবিজ্ঞান জড়িত এর বিস্তৃত ব্যাখ্যা নেই।