પ્લાઝ્મા – ચીરાગ પટેલ Oct 06, 2007

આપણે પદાર્થની ત્રણ અવસ્થાઓ જાણીએ છીએ: ઘન, પ્રવાહી, અને વાયુ. આ ઉપરાંતની પદાર્થની કોઈ બીજી સ્થીતી તમારી જાણમાં છે? તમે દીવો પ્રગટાવો ત્યારે દીવાની જે જ્યોત છે તે શું છે? શું એ દીવેટ કે ઘી કે હવા છે? હકીકતમાં જ્યોત એ જ હવાની પ્લાઝ્મા (plasma) અવસ્થા છે! (ટેકનીકલી એ આંશીક પ્લાઝ્મા છે.) પ્લાઝ્માનું બીજું કોઈ ધગધગતું ઉદાહરણ કલ્પી શકો છો? સુરજદાદા! સુર્ય એટલે કે તારો જ્યારે જીવતો (?) હોય, ત્યારે તેમાં સતત હાઈડ્રોજનમાંથી હીલીયમમાં રુપાંતરણની પ્રક્રીયા ચાલતી જ હોય છે. અને એ હીલીયમ પ્લાઝ્મા સ્વરુપે રહે છે. આકાશે ઝબુકતી વીજળી પણ પ્લાઝ્મા અવસ્થા છે. ધ્રુવજ્યોતી કે અરોરા (aurora) એ પણ પ્લાઝ્મા છે. કૃત્રીમ પ્લાઝ્મા આજકાલ મળતાં પ્લાઝ્મા ટીવી, નીયોન લાઈટ, રોકેટના એક્ઝોસ્ટ વગેરેમાં જોવા મળે છે.

દરેક અણુનું મોડેલ લગભગ આપણી સુર્યમાળા જેવું દેખાય. સુર્યની ફરતે નવ ગ્રહો ફરે છે (પ્લુટોનું સ્થાન જો કે હવે ડામાડોળ છે!). જો એકાદ ગ્રહ એની કક્ષામાંથી છટકી જાય તો? બાહ્યાવકાશમાં ગમે ત્યાં ગોફણની પેઠે અથડાયા કરે! પ્લાઝ્મા અવસ્થા એટલે આવી રીતે છટકી ગયેલા ઈલેક્ટ્રોન (આવા પરમાણુઓને ચાર્જ્ડ પાર્ટીકલ્સ (charged particles) પણ કહી શકાય). જો કે પદાર્થ પ્લાઝ્મા અવસ્થામાં છે એવું છાતી ઠોકીને કહી શકાય એ માટે નીચેની શરતોનું પાલન થવું જોઈએ:

1. દરેક પરમાણુનાં ઈલેક્ટ્રોન, માત્ર સહુથી નજીકનાં પરમાણુ સાથે પ્રક્રીયા કરવાને બદલે આજુબાજુના બધાં ચાર્જ્ડ પાર્ટીકલ્સ સાથે અસર જન્માવે; અને બધાં ભેગાં મળીને સંયુક્ત સમુહ રુપે પોતાની વર્તણુંક દર્શાવે. આ માટે ડેબ્યે સ્ફીઅર (Debye sphere) શબ્દ પ્રયોજાય છે. આ ગોળામાં રહેલાં ચાર્જ્ડ પાર્ટીકલ્સ પ્લાઝ્મા સ્થીતી જન્માવે છે.
2. પ્લાઝ્મા આવૃત્તી (ઈલેક્ટ્રોનની પ્લાઝ્મા આવૃતી) સમાન્ય પરમાણુમાં ઈલેક્ટ્રોનની બીજા પરમાણુઓ સાથેની અસરોની આવૃત્તી કરતાં ઘણી વધારે હોવી જોઈએ.
3. સપાટી પરનાં ચાર્જ્ડ પાર્ટીકલ્સ કરતાં તેમની સમુહ વર્તણુંક વધારે અગત્યની છે.

પ્લાઝ્મા અવસ્થા જન્માવતાં પરીબળોમાં ઉંચું તાપમાન (નીચા તાપમાને પણ પ્લાઝ્મા શક્ય છે), ઉચું વીજદબાણ, ઉંચું ચુંબકીયબળ જવાબદાર છે.

પદાર્થની બીજી પણ નવી અવસ્થાઓ છે: બોઝ-આઈંસ્ટાઈન કંડેંસેટ (Bose-Einstein Condensate), ફર્મીઓનીક કંડેંસેટ (Fermionic condensate), ક્વોંટમ સ્પીન હૉલ (Quantum spin Hall), ડીજનરેટ મૅટર (degenerate matter), સ્ટ્રેઈંજ મૅટર (Strange matter), સુપરફ્લુઈડ્સ (Superfluids), સુપરસૉલીડ્સ (Supersolids), સ્ટ્રીંગ-નેટ લીક્વીડ (String-net liquid). આ બધી આવસ્થાઓ પર ક્યારેક ચર્ચા કરીશું.

પ્લાઝ્મા સ્થીતીમાં વૈજ્ઞાનીકોને એટલો બધો રસ પડ્યો છે કે વીજ્ઞાનની આખી નવી શાખા પ્લાઝ્મા ફીઝીક્સ (Plasma Physics) વીકસી છે.

જ્યારે કોઈ પદાર્થ પ્લાઝ્મા સ્થીતી ધારણ કરે ત્યારે તે જાણે જૈવીક પદાર્થ હોય એવી રીતે વર્તે છે. આખો પદાર્થ જાણે જીવંત બની જાય છે, અને પોતાની અશુધ્ધીઓને જાણે વાઈરસનું ઈંફેક્શન દુર કરવાનું હોય એમ પ્રતીક્રીયા જન્માવે છે. પોતાની આસપાસનાં વાતાવરણને વૈચારીક પ્રક્રીયાથી (?) અસર કરવાની શરુઆત કરે છે!