రామన్ ఎఫెక్ట్ ఆవిష్కృతం

ఫిబ్రవరి నెలకు పెద్ద విశిష్టత ఉంది. సంవత్సరపు క్యాలెండర్ లో అతిచిన్న నెలే అయినా సైన్స్ పరంగా ఘనాపాటి నెల. పిబ్రవరి. 28వ తేదీన ప్రతి సంవత్సరం మనం జాతీయ సైన్సు దినోత్సవంగా జరుపుకుంటాము. సరిగ్గా ఆ రోజే 1928 వ సంవత్సరం నాడు సర్. సి.వి. రామన్ తన పి.హెచ్.డి విద్యార్తి కృష్ణన్ తో కలిసి రామన్ ఎఫెక్ట్ ను ఆవిష్కరించాడు. కేవలం రెండు పేజీలు కూడా మించని పరిశోధన పత్రానికి రెండు సంవత్సరాల వ్యవధిలోనే 1930 సంవత్సరంలో భౌతిక శాస్త్రంలో నోబెల్ బహుమతిని గెలుచుకున్నాడు.

అత్యంత తక్కువ ఖరీదు ఉన్న పరికరాల సహాయంతో అత్యంత విలువ ఉన్న ఆవిష్కరణ మరేదీ ఉండదనే అతిశయోక్తి కాదు. నేడు లేజర్ లు ఉపయోగంలోకి వచ్చాక రామన్ వర్ణపటమాపనుల ఖరీదు కొన్ని లక్షల్లోకి వెళ్లినా తొలి రామన్ ఎఫెక్ట్ వర్ణపట మానిని ఖరీదు ఈరోజు ధరల్లో పోల్చుకున్నా రెండు వేల రూపాయలకు మించదు. ఆరోజు రామన్, కృష్ణన్ లు వాడింది ఓ విద్యుద్బల్బు, ఓ నీలిఫిల్టర్, కొంత ఆల్కహాల్, ఓ ఫిల్ము, కొన్ని కటకాలు మాత్రమే.

ఏకవర్ణ కాంతి (Monochromatic light) ని కొన్ని పదార్థాల గుండా ప్రసరిస్తే ఆ ఏకవర్ణ కాంతి పలు ఇతర వర్ణాల కాంతులుగా విభాగం కావడాన్నే స్థూలంగా రామన్ ఫలితం అంటారు.

మనం పగలు ఇంట్లో దీపాలు లేకున్న మన ఇంట్లో వస్తువులు చూడగలం. కిటికీలలోంచి కాంతి ఎలా ఇంట్లోకి వచ్చింది? తరగతి గదిలో బోర్డు మీద ఉపాధ్యాయులు రాస్తున్న చాక్పీస్ రాతను మనం ఎలా చూడగలుగుతున్నాము? పరీక్ష హాలులో ప్రశ్నా పత్రాన్ని ఎలా చూడగలుగుతున్నాము? సూర్యుని కాంతి సరాసరి మన మీద పడకపోయిన మనల్ని ఇతరులు ఎలా గుర్తించగలుగుతున్నారు? ఇందుకు కారణం కాంతికున్న అనేక ధర్మాల్లో పదార్థాల మీద కాంతి పడినప్పుడు అది ప్రదర్శించే పరిక్షపణమే (Light scaterring) సాధారణంగా ఓ వస్తువు మీద ఎరుపు కాంతి పడ్డట్టయితే పరిక్షేపణ చెందే కాంతి రేఖలు కూడా ఎరుపు కాంతిలోనే ఉంటాయి. ఆకుపచ్చ కాంతి పడితే ఆకుపచ్చ కాంతే పరిక్షేపణం చెందుతుంది. అందుకే మీరు ఎరుపురంగు పేయింటింగ్ ను తెల్లని కాగితం మీద పూస్తే ఎరుపు రంగులోనే బొమ్మ కనిపిస్తుంది. అంతేగానీ ఆకుపచ్చ రంగులో కనిపించదు. ఇలా ఒక వర్ణపు కాంతి పదార్థాల మీద పతనమయినప్పుడు అదే రంగు కాంతి పరిక్షేపణ చెందడాన్ని రేలీ పరిక్షేపణ (Rayleigh scattering) అంటారు.

రామన్ తన రామన్ ఎఫెక్ట్ ను ఆవిష్కరించనంత వరకు శాస్త్రవేత్తలందర్లోనూ ఉన్న అభిప్రాయం ఇదే. కానీ ఏకవర్ణకాంతి పదార్థాల మీద పడ్డప్పుడు దాదాపు 99.99999 శాతం పరిక్షేపిత కాంతి రేలీ పరిక్షేపిత కాంతే అయినా ఆ మిగిలిన 0.00001 శాతం ఇతర వర్ణాల కాంతిగా రావడాన్ని రామన్, కృష్ణన్ లు పనిగట్టారు. ఆ విషయాన్నే A New Kind of Radiation అనే పేరుతో పరిశోధనా పత్రాన్ని ప్రచూరించారు.

ఉదాహరణకి నీలపు రంగు కాంతికి ప్రదానంగా 440 నానో మీటర్ల తరంగధైర్ఫ్యం (Wave length) ఉంటుంది. రేలీ పరిక్షేపిత కాంతి కూడా 440 నేనో మీటర్లలోనే ఉంటుంది. దిశ (directions) తరంగ చలనోపరితలం (Wave plane) తరంగ చలన ప్రావస్థ (Wave phase) మొదలయినవి కొద్దోగొప్పో మారినా పదార్థాల నుంచి బయటపడ్డాక ఆ కాంతి తరంగ ధైర్ఫ్యంలో మార్పు రాదని అందరూ నమ్మేవారు. కానీ చాలా తక్కువ మోతాదులో ఇదే నీలిరంగు కాంతి ఆకుపచ్చ రంగు (సుమారు 500 నానో మీటర్ల తరంగధైర్ఫ్యం, కొంత ఊదారంగు, సుమారు 420 నేనో మీటర్ల తరంగధైర్ఫ్యం) ఖొంతులుగా కూడా పరిక్షేపణ చెందడాన్ని వీరు గుర్తించారు. 1928 వ సంవత్సరం వరకు శాస్త్రవేత్తలెవరికి ఈ ఇతర వరారుణల కాంతి కనబడలేదు. ఎందుకంటే వీటి తీవ్రత (Intensity) చాలా తక్కువ. కానీ సునిశిత పరిశీలనల వలన మాత్రమే ఈ రామన్ ఎఫెక్ట్ వెల్లడయ్యింది. అతి తక్కువ కాలంలోనే ఆ ఫలితానికున్న అనువర్తనాలు (applications) అర్థం కావడంతో రామన్ ఎఫెక్ట్ అతి తక్కువ కాలవ్యవధిలోనే నోబెల్ పురస్కారానికి ఎన్నికయ్యింది. నేడు రామన్ ఫలితం ఆహారపు నాణ్యతను నిర్థారించడంలోను, పదార్థాల స్వచ్ఛత (purity)ను పసిగట్టడంలోనూ, పదార్థాలలోని అణువుల నిర్మాణాన్ని (Molecular Structure) గుర్తించడం లోనూ, పదార్థాల రసాయనిక భౌతిక ధర్నాల్ని పరిగమించడంలోను ఎంతో ఉపకరింస్తుంది.

ఉదాహరణకు ఎన్నో సేంద్రీయ అణువులో (organic molecules)ని పరమాణువుల మధ్య బందదైర్ఫ్యాన్ని (bond length), బంధశక్తిని (bond energy) చూశాయిగనయినా లెక్కించడానికి పరారుణ వర్ణపటమావనుల (FT Infrared Spectro Photo Meters) ను వాజతారు. కానీ బంధంతో పాల్గొన్న పరమాణువులు రెండూ ఒకే విధమైనవయితే (Homoatomic) అయితే పరారుణ వర్ణపటమానినులు బంధ వివరాలను కనుగొనలేవు. ఉధాహరణకు నత్రజని వాయువు (N₂), ఆక్సీజన్ వాయువు (O₂), క్లోరిన్ (Cl₂), వాయువు వంటి పదార్థాల బంధ ధైర్ఫ్యాలను IR Spectro Photometer తో కనుగొనలేము. అందుకు రామన్ వర్ణపటమాపనులు ఉపకరిస్తాయి.

1928లో సాధారణంగా ప్రారంభమయిన రామన్ ఫలితం నేడు అనేక పేర్లతో అనేక పారదర్శక విక్షేషణలో (material investigation) లో పలు విధాలుగా ఉపకరిస్తున్నది. నేలలో మంచు కొండలు (icebergs) లేతనీలి కొంతనెందుకు ప్రదర్శిస్తాయనడానికి రామన్ ఫలితం జవాబులను ఇస్తుంది. అంతేకాదు, పదార్థాలు వాయు, ఘన, ద్రవ రూపాలు దేనిలో ఉన్నా వాటి అంతరంగాల్ని పరిక్షీంచగల సామర్థ్యం రామన్ వర్ణపటమాపనులకు ఉంది.

ఆధునిక ఎలక్ట్రానిక్స్, ఆప్టోనిక్స్, కంప్యూటర్ సరంజామాను అనుసంధానం చేయటం ద్వారా ఎంతో విలువైన పాదార్థిక సమాచారాన్ని ఇచ్చేలా నూతన వరవడలకు రామన్ ఫలితం అవకాశాన్ని ఇస్తుంది. SERS (Surface Enhanced Raman Spectroscopy), RRS (Resonance Raman Spectroscopy), CSRS (Coherent Stokes Raman Spectroscopy) దీన్ని SCISSORS (సీజర్స్) అని చదవాలి.

CARS (Coherent Antistokes Raman Spectroscopy) వంటి అత్యాధునిక పరికరాలు అందుబాటులో ఉన్నాయి. రేలీ పరిక్షేపణతో పాటు అదనంగా అధిక తరంగధైర్ఫ్యం లేదా అల్ప పౌనఃపున్యం (frequency)తో వెలువడే రామన్ పరిక్షేపిత కాంతి రేఖల్ని స్టోక్స్ రేఖలు (stoke lines) అంటారు. అల్ప తరంగ ధైర్ఫ్యం లేదా అధిక పౌనఃపున్యంతో పరిక్షేపణం చెందే కాంతి రేఖల్ని అంటిస్టొక్స్ రేఖలు (anti stokes lines) అంటారు.

1930 లో భారతీయ విజ్ఞానశాస్త్రానికి ప్రతినిధిగా సర్ సి.వి.రామన్ నోబుల్ బహుమతి (Nobel Prize) సాధించాక నేటి వరకు ఈ 85 సంవత్సరాల్లో మరే భారతీయునికి విజ్ఞాన శాస్త్ర రంగాల్లో నోబెల్ బహుమతి రాలేదు. ఇది చాలా బాధాకరమైన, విచారించదగ్గ దుర్గతి. కనీసం మీలో కొందరైనా భారతమాతకు ఆ నోబెల్ బహుమతుల దాహాన్ని తీరుసతారని ఆశిస్తున్నాం.

1988 సంవక్సరంలో జాతీయ సైన్స్ దినోత్సవం (National Science Day) ఫిబ్రవరి 28 నాడే ఆవిర్భవించిన జన విక్షాన వేదిక మీకు శుభాశీస్సులు తెలియజేస్తోంది. చెకుముకి పత్రిక మీకు అన్ని విధాల సహకరిస్తుంది.

ఆధారం: ప్రొ. ఎ. రామచంద్రయ్య