ராமன் விளைவு என 80 ஆண்டுகளுக்கும் மேலாக சொல்லப்படுகிறதே அதன் நேரடியான பயன்பாடு என்னவாக இருக்கும் என யோசித்திருப்பீர்கள். பதுக்கி வைத்திருக்கும் போதை வஸ்துகள், வெடிபொருட்கள் ஆகியவற்றைக் கண்டறியும் குற்றப் புலனாய்வு, புற்றுநோய் கண்டறிதல், மூட்டு வாதம் மற்றும் எலும்புச் சிதைவு ஆய்வு உள்ளிட்ட உயிரியல் மருத்துவ ஆய்வுகள் இப்படிப் பல நோக்கங்களுக்கு ராமன் விளைவு உதவுகிறது என்றால் நம்ப முடிகிறதா? அத்தகைய ராமன் விளைவின் தனித்துவம்
சிதறிய ஒளிக் கதிர்
ஓர் ஊடகத்தின் மீது ஓர் ஒளிக்கற்றை விழும்போது ஒன்று அது எதிரொளிக்கும் அல்லது ஊடகத்தை ஊடுருவிச் செல்லும். ஊடுருவிச் செல்லும்போது ஒளியின் சில கதிர்கள் திசைமாறிப் பாயும். அப்போது அவற்றின் நிறம் மாறாது. நிறம் என்பது ஒளிக்கதிரின் அதிர்வெண் அல்லது அலைநீளத்தைப் பொறுத்தது. கதிர்கள் ஊடகத்துக்குள் திசை மாறிப் பாய்வது சிதறல் எனப்படும். அவ்வாறு சிதறும் கதிர்களின் நிறம் மாறாதிருந்தால் ‘ராலே சிதறல்’எனப்படும்.
ஆனால் திரவ மற்றும் வாயு நிலை ஊடகங்களில் ஓர் ஒளிக்கற்றை பயணிக்கிறபோது சில கதிர்கள் பக்கவாட்டில் சிதறுவதை சர். சி.வி. ராமனின் தலைமையில் ஆய்வு செய்தவர்கள் கண்டனர். அது நிகழ்ந்தது 1928-ல். ஒற்றை நிற ஒளிக்கற்றை ஒன்றை ஓர் ஊடகத்தின் வழியாகச் செலுத்தும்போது பக்கவாட்டில் சிதறி வெளிப்படுகிற ஒளிக்கதிர்களின் அதிர்வெண்கள் சிலவற்றில் கூடுதலாகவும் சிலவற்றில் குறைவாகவும் இருந்தன. ஊடகத்தின் வேதியியல் கட்டமைப்பைப் பொறுத்துத்தான் அதிர்வெண் மாற்றம் இருந்தது. இந்த விளைவு ‘ராமன் சிதறல்’ அல்லது ‘ராமன் விளைவு’ எனப்பட்டது. இந்தக் கண்டுபிடிப்புக்காக 1930-ம் ஆண்டுக்கான நோபல் பரிசு ராமனுக்கு வழங்கப்பட்டது.
ராமன் நிறமாலை
பொருள்களிலுள்ள அணுக்களும் மூலக்கூறுகளும் இடப் பெயர்ச்சி, சுழற்சி, அலைவு ஆகிய 3 இயக்கங்களைப் பெற்றுள்ளன. சுழற்சியும் அலைவும் மூலக்கூறுகளின் கட்டமைப்பையும் அவற்றில் உள்ள அணுக்களின் தன்மையையும் பொறுத்தவை. அதிர்வு இயக்கம் மூலக்கூறில் உள்ள வேதியியல் பிணைப்புகள் நீண்டு சுருங்குவதாலும் வளைவதாலும் ஏற்படும். இந்த மூன்று வகை இயக்கங்களுக்கும் மூன்று வகை ஆற்றல்கள் மூல காரணங்களாகும்.
சூழ் வெப்பநிலை குறைந்தால் இந்த ஆற்றல்களின் அளவும் குறையும். நீர் உறைகிற வெப்பநிலைக்குக் கீழே -273 (மைனஸ் 273) செல்சியஸ் டிகிரி வெப்ப நிலையில் இந்த ஆற்றல்கள் முழுமையாக மறைந்து அணுக்களும் மூலக்கூறுகளும் தம் அலைவுகளை இழக்கும். வெப்ப நிலை உயர்கையில் இந்த மூன்று வகை ஆற்றல்களும் அதிகமாகும். அவற்றில் மூலக்கூறுகளின் அலைவு இயக்கத்தில் ஏற்படுகிற அதிர்வெண் மாற்றங்களை அளவிடுவது எளிது. ஒளிக்கதிர் போட்டான் எனப்படும் ஆற்றல் பொட்டலங்களாலானது. போட்டான் ஒரு மூலக்கூறின் மேல் மோதும்போது மூலக்கூறின் ஆற்றல் அதிகமாகிறது.
எனினும் அடுத்த 10-15 விநாடிகளுக்குள் அந்த மூலக்கூறு தானடைந்த உபரி ஆற்றலை வெளியேற்றிவிடும். அந்த ஆற்றலும் போட்டான் வடிவிலேதான் இருக்கும். ஆனால் அதன் அதிர்வெண், மூலக்கூறின் மேல் மோதிய போட்டானின் அதிர்வெண்ணிலிருந்து மாறுபட்டிருக்கும். இந்த இரு அதிர்வெண்களுக்கிடையிலான வேறுபாட்டிலிருந்து மூலக்கூறின் துவக்க ஆற்றலுக்கும் போட்டான் மோதலுக்குப் பின்னிருந்த ஆற்றலுக்கும் இடையிலான வேறுபாட்டைக் கணக்கிட்டுவிடலாம். போட்டான் வடிவில் உமிழப்படும் ஒளியின் செறிவிலிருந்து அதைச் சிதறிய மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கையையும் கண்டுபிடித்துவிடலாம்.
மூலக்கூறின் மீது வீழ்கிற கதிரின் அதிர்வெண்ணுக்கும் அவ்வாறு பட்டு மீள்கிற கதிரின் அதிர்வெண்ணுக்கும் இடையில் வரையப்படுகிற வரைபடம் ‘ராமன் நிறமாலை’ எனப்படுகிறது. ஒவ்வொரு வகை மூலக்கூறும் அதற்கே உரித்தான தனித்துவமான நிறமாலையை வெளியிடுகிறது. அத்தகைய நிறமாலைகளின் உதவியுடன் மூலக்கூறின் அதிர்வு ஆற்றல்களை அளவிட முடியும். மூலக்கூறின் கட்டமைப்பையும் அறிந்துவிடலாம். இவற்றைக் கண்டறிய பிரத்தியேக கருவிகளும் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன. இப்படியாக ‘ராமன் நிறமாலையியல்’ என்ற துறை பெருமளவில் விரிவடைந்துள்ளது.
ஆக இம்மியளவிலான பொருள்களைக்கூட ராமன் விளைவு பகுப்பாய்ந்துவிடும். திட, திரவ, வாயு என எந்த நிலையிலும் இருக்கும் பொருள்களைச் சோதிக்க முடிவது தொழில் துறையில் உற்பத்திக் கண்காணிப்பு, தரக் கட்டுப்பாடு, உற்பத்தி அளவைக் கூட்டுதல் போன்றவற்றுக்குப் பயன்படுகிறது.
தேசிய வரலாற்றுச் சின்னம்
ராமன் விளைவுக்கு இன்றுவரை புதிய பயன்பாடுகள் கண்டறியப்பட்டுவருகின்றன. லட்சக்கணக்கான மூலக்கூறுகளின் ராமன் சிதறல் பாங்குகள் பதிவு செய்யப்பட்டுத் தொகுத்து வைக்கப்பட்டுள்ளன. கணினி ஆவணங்களின் உதவியுடன் எந்தவொரு பொருளின் நிறமாலையிலிருந்தும் அதன் வேதியியல் கட்டமைப்பைச் சில விநாடிகளுக்குள் அடையாளம் கண்டுவிடலாம்.
அமெரிக்க வேதியியல் சங்கமும், அறிவியல் மேம்பாட்டுக்கான இந்தியச் சங்கமும் ராமன் விளைவை வேதியியலின் தேசிய வரலாற்றுச் சின்னமாக அறிவித்துள்ளன.
எங்கெல்லாம் பயன்படுத்தப்படுகிறது?
அரைக் கடத்திகள், சிலிகான் சில்லுகள், டிரான்சிஸ்டர்கள் போன்றவற்றைப் பிழையற, குறையற உற்பத்தி செய்வதற்கும் அவை இடம்பெறும் மின்னணுக் கருவிகளின் பரிமாணங்களை வெகுவாகக் குறைப்பதற்கும் ராமன் கருவிகள் உதவும். அவற்றால், உயிருள்ள திசுக்களைப் பகுப்பாய்வு செய்ய முடியும்.
புறத்தோல் நோய் அறிதல், தோலின் ஊடாக மருந்து உட்புகுத்தல், புற்றுநோய் கண்டறிதல், எலும்புத்தன்மைப் பகுப்பாய்வு மற்றும் நோய் அறிதல், மூட்டு வாதம் மற்றும் எலும்புச் சிதைவு ஆய்வு, ரத்தக் குழாய்களில் கொழுப்பு படிதலை அளவிடல் போன்றவற்றில் ராமன் விளைவு பயன்படுகிறது. அண்மையில் கண்டுபிடிக்கப்பட்டுள்ள ஒரு கருவியிலுள்ள லென்ஸில் விரலை வைத்தால் தோலில் மோதித் திரும்பும் ஒளியைப் பகுப்பாய்வு செய்து ரத்தத்திலுள்ள சர்க்கரைச் சத்தின் அளவைக் கண்டுபிடிக்க, ராமன் விளைவைப் பயன்படுத்தும் உத்தி உருவாக்கப்பட்டுள்ளது.
ஸ்டான்போர்டு பல்கலைக்கழகத்தில் பணியாற்றும் சஞ்சீவ சியாம கம்பீர், புற்றுநோயாளிகளின் ரத்தத்தில் தங்க நுண்துகள்களைச் செலுத்தி அவற்றைப் புற்றுக் கட்டிகளில் போய்த் தொற்றுமாறு செய்தார். அவற்றுக்கு மேலாக உள்ள புறத்தோல் மீது லேசர் ஒளியைச் செலுத்தினார். பிரதிபலிக்கும் ஒளியை ராமன் நிறமாலைப் பகுப்பாய்வு செய்து புற்றுநோய் இருப்பதை உறுதி செய்யும் உத்தியைக் கண்டறிந்தார். இது பக்கவிளைவு ஏற்படுத்தாத சிறப்பான உத்தி ஆகும்.
ஜார்ஜியாவிலுள்ள ஏதென்ஸ் பல்கலைக்கழகத்தில் ஆய்வு செய்யும் ஷண்முக், உடலில் ஒரே ஒரு வைரஸ் புகுந்திருந்தாலும் அதன் வகை, தன்மை, இனப்பெருக்க வேகம் போன்றவற்றைக் கண்டறியும் ராமன் கருவியை உருவாக்கியுள்ளார்.
ஓவியங்களிலும் சிற்பங்களிலும் போலிகளை அடையாளம் காண்பது, அவற்றில் பயன்படுத்தப்பட்ட வர்ணங்களைப் பகுப்பாய்வு செய்வதன் மூலம் மோசடிகளைத் தடுப்பது, புதைபடிவங்களின் வயதைக் கணிப்பது, வெடிபொருட்கள் மற்றும் போதை மருந்துகள் பதுக்கப்பட்டிருப்பதைக் கண்டுபிடிப்பது, குற்றம் செய்தவர்களை அடையாளம் காண்பது போன்ற தடயவியல் துறை நோக்கங்களுக்கு ராமன் விளைவு பயன்படுகிறது.
இந்திய அரசின் ‘பாதுகாப்பு ஆராய்ச்சி மற்றும் புதுப்புனைவுத்துறை’ (டி.ஆர்.டி.ஓ.) 15 அடி தொலைவிலிருந்துகூட வெடிபொருட்களைக் கண்டுபிடிக்க உதவுகிற ராமன் விளைவுச் சாதனங்களை உருவாக்கியுள்ளது. புற ஊதா மற்றும் அகச் சிவப்புக் கதிர்களைப் பயன்படுத்திப் பல படலங்களுக்கு அடியில் பொதிந்து வைக்கப்பட்ட வெடிபொருட்களையும் போதைப் பொருட்களையும் கூடக் கண்டுபிடித்துவிட முடியும்.
தேசிய அறிவியல் தினம்: ராமன் விளைவு கண்டுபிடிக்கப்பட்ட நாளான பிப்ரவரி 28 தேசிய அறிவியல் தினமாக அனுசரிக்கப்பட்டு வருகிறது.
சிதறிய ஒளிக் கதிர்
ஓர் ஊடகத்தின் மீது ஓர் ஒளிக்கற்றை விழும்போது ஒன்று அது எதிரொளிக்கும் அல்லது ஊடகத்தை ஊடுருவிச் செல்லும். ஊடுருவிச் செல்லும்போது ஒளியின் சில கதிர்கள் திசைமாறிப் பாயும். அப்போது அவற்றின் நிறம் மாறாது. நிறம் என்பது ஒளிக்கதிரின் அதிர்வெண் அல்லது அலைநீளத்தைப் பொறுத்தது. கதிர்கள் ஊடகத்துக்குள் திசை மாறிப் பாய்வது சிதறல் எனப்படும். அவ்வாறு சிதறும் கதிர்களின் நிறம் மாறாதிருந்தால் ‘ராலே சிதறல்’எனப்படும்.
ஆனால் திரவ மற்றும் வாயு நிலை ஊடகங்களில் ஓர் ஒளிக்கற்றை பயணிக்கிறபோது சில கதிர்கள் பக்கவாட்டில் சிதறுவதை சர். சி.வி. ராமனின் தலைமையில் ஆய்வு செய்தவர்கள் கண்டனர். அது நிகழ்ந்தது 1928-ல். ஒற்றை நிற ஒளிக்கற்றை ஒன்றை ஓர் ஊடகத்தின் வழியாகச் செலுத்தும்போது பக்கவாட்டில் சிதறி வெளிப்படுகிற ஒளிக்கதிர்களின் அதிர்வெண்கள் சிலவற்றில் கூடுதலாகவும் சிலவற்றில் குறைவாகவும் இருந்தன. ஊடகத்தின் வேதியியல் கட்டமைப்பைப் பொறுத்துத்தான் அதிர்வெண் மாற்றம் இருந்தது. இந்த விளைவு ‘ராமன் சிதறல்’ அல்லது ‘ராமன் விளைவு’ எனப்பட்டது. இந்தக் கண்டுபிடிப்புக்காக 1930-ம் ஆண்டுக்கான நோபல் பரிசு ராமனுக்கு வழங்கப்பட்டது.
ராமன் நிறமாலை
பொருள்களிலுள்ள அணுக்களும் மூலக்கூறுகளும் இடப் பெயர்ச்சி, சுழற்சி, அலைவு ஆகிய 3 இயக்கங்களைப் பெற்றுள்ளன. சுழற்சியும் அலைவும் மூலக்கூறுகளின் கட்டமைப்பையும் அவற்றில் உள்ள அணுக்களின் தன்மையையும் பொறுத்தவை. அதிர்வு இயக்கம் மூலக்கூறில் உள்ள வேதியியல் பிணைப்புகள் நீண்டு சுருங்குவதாலும் வளைவதாலும் ஏற்படும். இந்த மூன்று வகை இயக்கங்களுக்கும் மூன்று வகை ஆற்றல்கள் மூல காரணங்களாகும்.
சூழ் வெப்பநிலை குறைந்தால் இந்த ஆற்றல்களின் அளவும் குறையும். நீர் உறைகிற வெப்பநிலைக்குக் கீழே -273 (மைனஸ் 273) செல்சியஸ் டிகிரி வெப்ப நிலையில் இந்த ஆற்றல்கள் முழுமையாக மறைந்து அணுக்களும் மூலக்கூறுகளும் தம் அலைவுகளை இழக்கும். வெப்ப நிலை உயர்கையில் இந்த மூன்று வகை ஆற்றல்களும் அதிகமாகும். அவற்றில் மூலக்கூறுகளின் அலைவு இயக்கத்தில் ஏற்படுகிற அதிர்வெண் மாற்றங்களை அளவிடுவது எளிது. ஒளிக்கதிர் போட்டான் எனப்படும் ஆற்றல் பொட்டலங்களாலானது. போட்டான் ஒரு மூலக்கூறின் மேல் மோதும்போது மூலக்கூறின் ஆற்றல் அதிகமாகிறது.
எனினும் அடுத்த 10-15 விநாடிகளுக்குள் அந்த மூலக்கூறு தானடைந்த உபரி ஆற்றலை வெளியேற்றிவிடும். அந்த ஆற்றலும் போட்டான் வடிவிலேதான் இருக்கும். ஆனால் அதன் அதிர்வெண், மூலக்கூறின் மேல் மோதிய போட்டானின் அதிர்வெண்ணிலிருந்து மாறுபட்டிருக்கும். இந்த இரு அதிர்வெண்களுக்கிடையிலான வேறுபாட்டிலிருந்து மூலக்கூறின் துவக்க ஆற்றலுக்கும் போட்டான் மோதலுக்குப் பின்னிருந்த ஆற்றலுக்கும் இடையிலான வேறுபாட்டைக் கணக்கிட்டுவிடலாம். போட்டான் வடிவில் உமிழப்படும் ஒளியின் செறிவிலிருந்து அதைச் சிதறிய மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கையையும் கண்டுபிடித்துவிடலாம்.
மூலக்கூறின் மீது வீழ்கிற கதிரின் அதிர்வெண்ணுக்கும் அவ்வாறு பட்டு மீள்கிற கதிரின் அதிர்வெண்ணுக்கும் இடையில் வரையப்படுகிற வரைபடம் ‘ராமன் நிறமாலை’ எனப்படுகிறது. ஒவ்வொரு வகை மூலக்கூறும் அதற்கே உரித்தான தனித்துவமான நிறமாலையை வெளியிடுகிறது. அத்தகைய நிறமாலைகளின் உதவியுடன் மூலக்கூறின் அதிர்வு ஆற்றல்களை அளவிட முடியும். மூலக்கூறின் கட்டமைப்பையும் அறிந்துவிடலாம். இவற்றைக் கண்டறிய பிரத்தியேக கருவிகளும் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன. இப்படியாக ‘ராமன் நிறமாலையியல்’ என்ற துறை பெருமளவில் விரிவடைந்துள்ளது.
ஆக இம்மியளவிலான பொருள்களைக்கூட ராமன் விளைவு பகுப்பாய்ந்துவிடும். திட, திரவ, வாயு என எந்த நிலையிலும் இருக்கும் பொருள்களைச் சோதிக்க முடிவது தொழில் துறையில் உற்பத்திக் கண்காணிப்பு, தரக் கட்டுப்பாடு, உற்பத்தி அளவைக் கூட்டுதல் போன்றவற்றுக்குப் பயன்படுகிறது.
தேசிய வரலாற்றுச் சின்னம்
ராமன் விளைவுக்கு இன்றுவரை புதிய பயன்பாடுகள் கண்டறியப்பட்டுவருகின்றன. லட்சக்கணக்கான மூலக்கூறுகளின் ராமன் சிதறல் பாங்குகள் பதிவு செய்யப்பட்டுத் தொகுத்து வைக்கப்பட்டுள்ளன. கணினி ஆவணங்களின் உதவியுடன் எந்தவொரு பொருளின் நிறமாலையிலிருந்தும் அதன் வேதியியல் கட்டமைப்பைச் சில விநாடிகளுக்குள் அடையாளம் கண்டுவிடலாம்.
அமெரிக்க வேதியியல் சங்கமும், அறிவியல் மேம்பாட்டுக்கான இந்தியச் சங்கமும் ராமன் விளைவை வேதியியலின் தேசிய வரலாற்றுச் சின்னமாக அறிவித்துள்ளன.
எங்கெல்லாம் பயன்படுத்தப்படுகிறது?
அரைக் கடத்திகள், சிலிகான் சில்லுகள், டிரான்சிஸ்டர்கள் போன்றவற்றைப் பிழையற, குறையற உற்பத்தி செய்வதற்கும் அவை இடம்பெறும் மின்னணுக் கருவிகளின் பரிமாணங்களை வெகுவாகக் குறைப்பதற்கும் ராமன் கருவிகள் உதவும். அவற்றால், உயிருள்ள திசுக்களைப் பகுப்பாய்வு செய்ய முடியும்.
புறத்தோல் நோய் அறிதல், தோலின் ஊடாக மருந்து உட்புகுத்தல், புற்றுநோய் கண்டறிதல், எலும்புத்தன்மைப் பகுப்பாய்வு மற்றும் நோய் அறிதல், மூட்டு வாதம் மற்றும் எலும்புச் சிதைவு ஆய்வு, ரத்தக் குழாய்களில் கொழுப்பு படிதலை அளவிடல் போன்றவற்றில் ராமன் விளைவு பயன்படுகிறது. அண்மையில் கண்டுபிடிக்கப்பட்டுள்ள ஒரு கருவியிலுள்ள லென்ஸில் விரலை வைத்தால் தோலில் மோதித் திரும்பும் ஒளியைப் பகுப்பாய்வு செய்து ரத்தத்திலுள்ள சர்க்கரைச் சத்தின் அளவைக் கண்டுபிடிக்க, ராமன் விளைவைப் பயன்படுத்தும் உத்தி உருவாக்கப்பட்டுள்ளது.
ஸ்டான்போர்டு பல்கலைக்கழகத்தில் பணியாற்றும் சஞ்சீவ சியாம கம்பீர், புற்றுநோயாளிகளின் ரத்தத்தில் தங்க நுண்துகள்களைச் செலுத்தி அவற்றைப் புற்றுக் கட்டிகளில் போய்த் தொற்றுமாறு செய்தார். அவற்றுக்கு மேலாக உள்ள புறத்தோல் மீது லேசர் ஒளியைச் செலுத்தினார். பிரதிபலிக்கும் ஒளியை ராமன் நிறமாலைப் பகுப்பாய்வு செய்து புற்றுநோய் இருப்பதை உறுதி செய்யும் உத்தியைக் கண்டறிந்தார். இது பக்கவிளைவு ஏற்படுத்தாத சிறப்பான உத்தி ஆகும்.
ஜார்ஜியாவிலுள்ள ஏதென்ஸ் பல்கலைக்கழகத்தில் ஆய்வு செய்யும் ஷண்முக், உடலில் ஒரே ஒரு வைரஸ் புகுந்திருந்தாலும் அதன் வகை, தன்மை, இனப்பெருக்க வேகம் போன்றவற்றைக் கண்டறியும் ராமன் கருவியை உருவாக்கியுள்ளார்.
ஓவியங்களிலும் சிற்பங்களிலும் போலிகளை அடையாளம் காண்பது, அவற்றில் பயன்படுத்தப்பட்ட வர்ணங்களைப் பகுப்பாய்வு செய்வதன் மூலம் மோசடிகளைத் தடுப்பது, புதைபடிவங்களின் வயதைக் கணிப்பது, வெடிபொருட்கள் மற்றும் போதை மருந்துகள் பதுக்கப்பட்டிருப்பதைக் கண்டுபிடிப்பது, குற்றம் செய்தவர்களை அடையாளம் காண்பது போன்ற தடயவியல் துறை நோக்கங்களுக்கு ராமன் விளைவு பயன்படுகிறது.
இந்திய அரசின் ‘பாதுகாப்பு ஆராய்ச்சி மற்றும் புதுப்புனைவுத்துறை’ (டி.ஆர்.டி.ஓ.) 15 அடி தொலைவிலிருந்துகூட வெடிபொருட்களைக் கண்டுபிடிக்க உதவுகிற ராமன் விளைவுச் சாதனங்களை உருவாக்கியுள்ளது. புற ஊதா மற்றும் அகச் சிவப்புக் கதிர்களைப் பயன்படுத்திப் பல படலங்களுக்கு அடியில் பொதிந்து வைக்கப்பட்ட வெடிபொருட்களையும் போதைப் பொருட்களையும் கூடக் கண்டுபிடித்துவிட முடியும்.
தேசிய அறிவியல் தினம்: ராமன் விளைவு கண்டுபிடிக்கப்பட்ட நாளான பிப்ரவரி 28 தேசிய அறிவியல் தினமாக அனுசரிக்கப்பட்டு வருகிறது.
