सार:
वियना के तकनीकी विश्वविद्यालय और जर्मन फेडरल इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स एंड टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं ने नेचर में प्रयोगात्मक परिणाम प्रकाशित किए, जिसमें पहले परमाणु घड़ी प्रोटोटाइप का प्रदर्शन किया गया जो अपने स्वयं के परमाणु संक्रमण संकेत का उपयोग करके लेजर आवृत्ति को स्वचालित रूप से सही कर सकता है। यह टाइमिंग बेंचमार्क के रूप में थोरियम-229 परमाणु नाभिक के ऊर्जा स्तर संक्रमण का उपयोग करता है, और प्रायोगिक उपकरण मैन्युअल हस्तक्षेप के बिना 24 घंटे से अधिक समय तक स्थिर रूप से चल रहा है। हालाँकि, रिपोर्ट में "30 मिलियन वर्षों में एक सेकंड का अंतर" सटीकता सूचकांक का एक छवि रूपांतरण है। इसका मतलब यह नहीं है कि घड़ी को लाखों वर्षों से मापा गया है, न ही इसका मतलब यह है कि यह उपकरण वर्तमान में उपलब्ध उच्चतम स्तर पर पहुंच गया है।
पारंपरिक परमाणु घड़ियाँ आमतौर पर समय का ध्यान रखने के लिए परमाणुओं की बाहरी परत में इलेक्ट्रॉनों के ऊर्जा स्तर संक्रमण का उपयोग करती हैं; परमाणु घड़ियाँ संदर्भ संकेत को नाभिक के अंदर रखती हैं। थोरियम-229 में लगभग 8.4 इलेक्ट्रॉन वोल्ट का कम ऊर्जा वाला परमाणु संक्रमण होता है, जिसे लगभग 148 नैनोमीटर की तरंग दैर्ध्य के साथ वैक्यूम पराबैंगनी लेजर द्वारा उत्तेजित किया जा सकता है। अनुसंधान टीम ने थोरियम आयनों को मिलीमीटर आकार के कैल्शियम फ्लोराइड क्रिस्टल में एम्बेड किया, उन्हें कमरे के तापमान पर निरंतर लेजर प्रकाश के साथ विकिरणित किया, और यह निर्धारित करने के लिए क्रिस्टल द्वारा लेजर प्रकाश के अवशोषण को मापा कि क्या आवृत्ति अनुनाद बिंदु से भटक गई है, और फिर लेजर प्रकाश को स्वचालित रूप से समायोजित करने के लिए एक फीडबैक लूप का उपयोग किया। प्रतिदीप्ति रीडआउट और धीमी प्रतिक्रिया पर भरोसा करने की पिछली कठिनाइयों को दूर करते हुए, परमाणु संक्रमण अवशोषण संकेत में परिवर्तन का कम समय में पता लगाया जा सकता है।
टीम ने कहा कि इस समाधान का संभावित लाभ यह है कि परमाणु नाभिक समग्र रूप से परमाणु से बहुत छोटा है और सैद्धांतिक रूप से बाहरी गड़बड़ी के प्रति कम संवेदनशील है; भविष्य में, परमाणु घड़ियों से अधिक मजबूत आवृत्ति बेंचमार्क हासिल करने और बुनियादी भौतिक कानूनों के सटीक माप और परीक्षण के लिए उपयोग किए जाने की उम्मीद है। हालाँकि, वर्तमान प्रोटोटाइप का मापा प्रदर्शन अभी भी सबसे उन्नत ऑप्टिकल परमाणु घड़ियों से बेहतर नहीं है। पेपर रिपोर्ट करता है कि एकल निरंतर ऑपरेशन में आंशिक आवृत्ति अस्थिरता कम 10⁻¹⁴ क्रम में है, और विभिन्न तिथियों पर संचालन के बीच आवृत्ति प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता लगभग 5×10⁻¹³ है। पेपर के परिणामों के सहज रूपांतरण के बाद, अमेरिकन फिजिकल सोसाइटी का मानना है कि वियना घड़ी की मापी गई अस्थिरता लगभग हर 3 मिलियन वर्ष में एक सेकंड की त्रुटि के बराबर है। वियना के तकनीकी विश्वविद्यालय ने 10⁻¹⁵ के करीब एक संकेतक का उपयोग करके प्रति सेकंड लगभग 30 मिलियन वर्ष होने का अनुमान लगाया है। दो रूपांतरणों के अनुरूप संकेतक और परिचालन स्थितियां बिल्कुल समान नहीं हैं, इसलिए "30 मिलियन वर्षों में एक सेकंड" को सिद्ध पूर्ण सटीकता या सीधे सर्वोत्तम परमाणु घड़ी के बराबर नहीं माना जाना चाहिए।
अनुसंधान टीम ने परमाणु घड़ियों के इस सेट का उपयोग परमाणु संक्रमण ऊर्जा में परिवर्तन की खोज के लिए किया है जो अल्ट्रालाइट डार्क मैटर के कारण हो सकता है। 20 सेकंड से एक दिन के अवलोकन समय पैमाने पर कोई महत्वपूर्ण संकेत नहीं मिला, लेकिन इससे प्राप्त सीमाएँ कुछ परमाणु घड़ी प्रयोगों से प्रतिस्पर्धा कर सकती हैं। नेचर के इसी अंक में सिंघुआ विश्वविद्यालय की एक टीम द्वारा स्वतंत्र रूप से विकसित थोरियम-229 परमाणु घड़ियों का एक और सेट भी प्रकाशित किया गया है, जिसमें दिखाया गया है कि यह दिशा परमाणु संक्रमण स्पेक्ट्रम माप से वास्तविक समय उपकरणों की ओर बढ़ रही है। दो प्रोटोटाइप अभी भी सटीक प्रयोगात्मक उपकरण हैं, और बाद के सुधारों के लिए मजबूत वैक्यूम पराबैंगनी लेजर, अधिक स्थिर और समान क्रिस्टल और बैचों में बेहतर आवृत्ति प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता की आवश्यकता होगी।
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