ফোটনতত্ত্ব ও আলোক তড়িৎ ক্রিয়া

ফোটনতত্ত্ব ও আলোক তড়িৎ ক্রিয়া

-Ryhanul Islam

(Rajuk Uttara Model College)

আমরা সবাই ফোটন কী তা জানি।আলোর কণাই হলো ফোটন।বিজ্ঞানী ম্যাক্স প্লাঙক  তার "কোয়ান্টাম তত্ত্ব" তে বলেছিলেন যে আলো শক্তির বিচ্ছিন্নরুপে গুচ্ছাকারে বিকিরিত হয়। এই প্যাকেটের নাম দেন "কোয়ান্টাম"। বিজ্ঞানী আলবার্ট আইনস্টাইন পরে তার ফোটনতত্ত্ব উপস্থাপন করেন। এখানে তিনি আলোর এক একেকটা প্যাকেটকে তার নাম দিলেন 'ফোটন' । তিনি দেখিয়ে দিলেন আলোর কণা ফোটন এর স্থির ভর শূন্য। কিন্তু গতিশীল অবস্থায় ফোটানের ভরবেগ আছে। শুনতে অবিশ্বাস্য মনে হলেও এটি সত্য।

এবার আসি আলোক তড়িৎ ক্রিয়ায়।আলোর দ্বারা ইলেকট্রন নির্গমন তথা তড়িৎ প্রবাহই আলোক তড়িৎ ক্রিয়া।এই ঘটনা সর্বপ্রথম উইলোহবি স্নিথ লক্ষ্য করেন। দ্বিতীয় জন যিনি লক্ষ্য করেন তিনি হলেন বিজ্ঞানী হেনরিখ হার্টজ।তিনি ক্যাথোড টিউবে ধাতুর পাতে অতিবেগুনি রশ্মির আঘাতে আলোর ঝলকানি দেখতে পান । বিযয়টি তিনি ততটা বুঝে উঠতে পারেননি। প্রকৃতপক্ষে সেটি ছিল ইলেকট্রন নির্গমনে বিকৃত আলো।

এরপর বিজ্ঞানী জেজে থম্পসন এবং ফিলিপ লেনার্ড পৃথকভাবে বিষয়টি নিয়ে গবেষণা করে।তাদের পরিকল্পনা থেকে আলোক তড়িৎ ক্রিয়ার কিছু বৈশিষ্ট্য প্রকাশ পায়। যেকোনো কম্পাঙ্কের আলো প্রয়োগ করলেই যে ইলেকট্রন  বের হবে এমনটি নয়। নূন্যতম যে কম্পাঙ্কের আলোকরশ্মি দ্বারা আলোকতড়িৎ ক্রিয়া সম্ভব, সেই কম্পাঙ্ককে সূচন কম্পাঙ্ক বলে। সূচন কম্পাঙ্কের বেশি কম্পাঙ্কের যেকোনো আলোই আলোকতড়িৎ ক্রিয়া ঘটাবে।

আইনস্টাইন আলোকতড়িৎ ক্রিয়া পরিপূর্ণ ভাবে ব্যাখ্যা করেন। তিনি আলোকতড়িৎ ক্রিয়া সম্পর্কিত একটি সূত্র প্রস্তাব করেন। সূত্রটি নিম্নরূপ-

E = K + W

বা, 

hv = 1/2mv² + W

এখানে,

E=ফোটন এর শক্তি 

h=প্লাঙ্ক এর ধ্রুবক

v=ফোটন এর কম্পাঙ্ক

K=ইলেকট্রন এর গতিশক্তি

W=ইলেকট্রনকে পরমাণুর কক্ষপথ হতে মুক্ত করতে ব্যয়িত শক্তি

W কে কার্জাপেক্ষক বলে।

W=hf 

f=সূচন কম্পাঙ্ক

আলো  এসে ধাতব পৃস্ঠে আঘাত করলে, ফোটন পরমাণুর  ইলেক্ট্রনকে আঘাত করে।  প্রয়োজনীয় শক্তির ফোটন ইলেক্ট্রনকে আঘাত করলে ইলেক্ট্রন শক্তি শোষণ করে। শোষিত শক্তির কিছু অংশ ইলেক্ট্রনকে কক্ষপথ থেকে মুক্ত হতে ব্যয় করে আর বাকি অংশ ইলেক্ট্রন এর গতিশক্তিতে রূপান্তরিত হয়। আলোর কম্পাঙ্ক যত বেশি, ফোটনের শক্তিও তত বেশি। তাই, ইলেক্ট্রন নিঃসরণের হার ও বেশি। আবার আলোর তীব্রতা বেশি হলে ফোটন সংখ্যাও বেশি, আলোও ততো উজ্জ্বল হয়। বেশি বেশি ফোটন ইলেক্ট্রনকে আঘাত করে। তাই, তীব্র আলো তথা উজ্জল আলোতে নিঃস্বরনের হার বাড়ে।

কিন্তু, ইলেক্ট্রনের গতিশক্তি, আলোর তীব্রতা বা উজ্জ্বলতার উপর নির্ভর করে না। শুধু ফোটনের শক্তির উপর নির্ভর করে।

তাই,কম্পাংক বাড়লে যেহেতু ফোটনের শক্তি বাড়ে সেহেতু ইলেক্ট্রনের গতিশক্তিও বাড়ে।

একবাক্যে আলোর কম্পাংক ও উজ্জ্বলতা বাড়লে আলোক তড়িৎ ক্রিয়া ত্বরান্বিত হয়,আর শুধু কম্পাংক বাড়লেই নির্গত ইলেকট্রনের গতিশক্তি বাড়ে।

ফটোইলেক্ট্রিক ইফেক্ট ব্যাখ্যায় আইন্সটাইনকে নোবেল পুরষ্কার দেয়া হয়।

এভাবে আলোর ফোটোনতত্ত্ব ও আলোকতড়িৎ ক্রিয়া ব্যাখ্যার মাধ্যমে আইন্সটাইন বিজ্ঞান জগৎ কে আলোকিত করেন।