वैज्ञानिक समय को अभूतपूर्व विस्तार में काट रहे हैं। हाल ही में, दो अंतरराष्ट्रीय अनुसंधान टीमों ने प्रयोगशाला में एक नई "परमाणु घड़ी" का निर्माण किया है, जो समय मापने के लिए थोरियम-229 परमाणु नाभिक की उच्च आवृत्ति कंपन का उपयोग करती है। इसे समय मापन प्रौद्योगिकी में एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर माना जाता है।
गिनती करने से लेकर, पेंडुलम के झूले को देखने से लेकर, विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत क्वार्ट्ज क्रिस्टल द्वारा उत्पन्न पीजोइलेक्ट्रिक कंपन का उपयोग करने तक, मनुष्यों ने कई तरह के टाइमकीपिंग तरीकों का आविष्कार किया है, और उनकी सटीकता में लगातार सुधार हो रहा है। सत्तर से अधिक वर्षों से, परमाणु घड़ियाँ समय माप के लिए "स्वर्ण मानक" रही हैं, जो विभिन्न कक्षाओं के बीच सीज़ियम परमाणु इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण की आवृत्ति पर निर्भर करती हैं।
हालाँकि, इलेक्ट्रॉन परमाणु का एकमात्र हिस्सा नहीं हैं जो नियमित रूप से कंपन करते हैं। परमाणु नाभिक स्वयं भी विभिन्न ऊर्जा स्तरों के बीच समान "दोलन" से गुजरेगा, और दोलन उच्च ऊर्जा और तेज आवृत्ति के अनुरूप हैं, जिसका अर्थ है कि अधिक "टिक" को इकाई समय में भरा जा सकता है, जिससे सैद्धांतिक रूप से पारंपरिक परमाणु घड़ियों की तुलना में उच्च समय रिज़ॉल्यूशन प्रदान किया जा सकता है।
2003 की शुरुआत में, शोधकर्ताओं ने महसूस किया कि एक निश्चित थोरियम आइसोटोप की काल्पनिक "परमाणु संक्रमण" आवृत्ति उस सीमा के भीतर आ सकती है जिसे आधुनिक लेजर तकनीक कवर कर सकती है, जिससे उत्साहित होना और टाइमकीपिंग के लिए उपयोग करना संभव हो जाता है। उसके बाद, उन्होंने अंततः इस घटना को प्रयोगों में देखने के लिए 13 साल बिताए, और आवश्यक पराबैंगनी प्रकाश की विशिष्ट तरंग दैर्ध्य को और सटीक रूप से मापने के लिए, वास्तव में प्रयोग करने योग्य "परमाणु घड़ी" के निर्माण के लिए प्रमुख पैरामीटर तैयार करने में 12 साल और लगाए।
वास्तविक कठिनाई इंजीनियरिंग कार्यान्वयन के स्तर पर उत्पन्न होती है: इस प्रकार की गहरी पराबैंगनी प्रकाश, जो गैसों द्वारा आसानी से अवशोषित हो जाती है, को वायुमंडल में प्रसारित करने के लिए, एक ठोस वातावरण ढूंढना आवश्यक है जो थोरियम -229 नाभिक को मजबूती से बांध सके और प्रकाश विकिरण की सुविधा प्रदान कर सके। नवीनतम दो प्रायोगिक कार्यों में, विएना सेंटर फॉर क्वांटम साइंस एंड टेक्नोलॉजी के एक शोधकर्ता लुका टोस्कानी डी कोल के नेतृत्व में एक टीम और सिंघुआ विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी हुआंग बेइचेन के नेतृत्व में एक टीम, दोनों ने इस तकनीकी सीमा को सफलतापूर्वक पार करते हुए, कैल्शियम फ्लोराइड क्रिस्टल में थोरियम -229 नाभिक को समाहित करने का विकल्प चुना।
शेष प्रायोगिक चुनौतियों को दूर करने के लिए, दोनों टीमों ने अलग-अलग रणनीतियाँ अपनाईं: हुआंग बाईचेन की टीम ने पराबैंगनी लेजर की शक्ति को बढ़ाकर उत्तेजना दक्षता को बढ़ाया, जबकि टोस्कानी डी कोल की टीम ने सिग्नल की तीव्रता बढ़ाने के लिए क्रिस्टल में थोरियम -229 आइसोटोप की एकाग्रता को बढ़ाने का विकल्प चुना। दोनों मार्गों ने अंततः परिचालन परमाणु घड़ी प्रोटोटाइप का नेतृत्व किया, जिससे व्यावहारिक समय उपकरण बनने के लिए परमाणु ऊर्जा स्तर दोलन के लिए वास्तविक जीवन साक्ष्य प्रदान किया गया।
वर्तमान में, मानव जाति की सबसे उन्नत आयन परमाणु घड़ी समय सटीकता को 19 दशमलव स्थानों तक बढ़ा सकती है, जिसका अर्थ है कि ब्रह्मांड की आयु के पैमाने पर, उनकी संचयी त्रुटियां अभी भी बेहद छोटी हैं। सैद्धांतिक शोध से पता चलता है कि थोरियम-229 के परमाणु संक्रमण पर आधारित परमाणु घड़ियों से इस स्तर से एक कदम आगे जाने और समय को अधिक विस्तृत तरीकों से विभाजित करने की उम्मीद है।
समय के टुकड़े जितने महीन होंगे, उतनी ही अधिक संभावना होगी कि वैज्ञानिक अत्यंत कमजोर प्रभावों का पता लगा सकेंगे, जैसे कि अंतरिक्ष-समय के ताने-बाने पर गुरुत्वाकर्षण और त्वरण के सूक्ष्म प्रभाव। अल्ट्रा-हाई-प्रिसिजन घड़ियाँ न केवल सामान्य सापेक्षता जैसे सिद्धांतों को सत्यापित करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण हैं, बल्कि बेहद छोटे पैमाने पर मानक मॉडल में संभावित खामियों को खोजने के लिए नए उपकरण भी प्रदान करती हैं।
नए उपकरण के प्रदर्शन का परीक्षण करने के लिए, टोस्कानी डी कोल टीम ने कम द्रव्यमान वाले डार्क मैटर के संकेतों की खोज के लिए परमाणु घड़ी का भी उपयोग किया, जिससे समय आवृत्ति में असामान्य रूप से छोटे बदलावों के माध्यम से डार्क मैटर और सामान्य पदार्थ के बीच बातचीत के सुराग पकड़ने की उम्मीद थी। यदि ऐसे प्रयोग सफल होते हैं, तो उनसे ब्रह्मांड में लगभग 85% द्रव्यमान घटकों को समझाने के लिए महत्वपूर्ण सुराग मिलने की उम्मीद है जिनका अभी तक सीधे तौर पर पता नहीं लगाया जा सका है।
वर्तमान में, दोनों परिणाम प्रीप्रिंट के रूप में arXiv प्लेटफ़ॉर्म पर प्रकाशित होते हैं, और प्रयोगात्मक विवरण और डेटा का खुलासा किया जाता है। यह अनुमान लगाया जा सकता है कि जैसे-जैसे संबंधित प्रौद्योगिकियाँ परिपक्व होती रहेंगी, परमाणु घड़ियाँ बुनियादी भौतिकी अनुसंधान, नेविगेशन सिस्टम, पृथ्वी गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र माप और यहां तक कि उच्च-सटीक संचार के क्षेत्र में नए अनुप्रयोग स्थान खोलेगी, जिससे मनुष्य की समय को समझने की क्षमता में एक और "अंतिम स्टॉपवॉच" जुड़ जाएगी।
"मिसिसिपी" में सेकंड गिनने की तुलना में, ये नई पीढ़ी की घड़ियाँ, जो परमाणु नाभिक को "दोलनशील हाथों" के रूप में उपयोग करती हैं, स्पष्ट रूप से हमें सही समय के करीब एक कदम लाती हैं।