थोरियम-229 पर आधारित एक परमाणु घड़ी अब एक कदम और करीब आ गई है, जर्मनी और ऑस्ट्रिया के शोधकर्ताओं ने दिखाया है कि वे आइसोटोप के नाभिक को निचली मेटास्टेबल स्थिति में डाल सकते हैं।
असाधारण रूप से कम 8 ईवी उत्तेजना ऊर्जा वैक्यूम पराबैंगनी में प्रकाश से मेल खाती है, जिसे लेजर द्वारा उत्पन्न किया जा सकता है। परिणामस्वरूप, संक्रमण का उपयोग एक सटीक घड़ी बनाने के लिए किया जा सकता है। ऐसी परमाणु घड़ी, सैद्धांतिक रूप से, मौजूदा परमाणु घड़ियों की तुलना में अधिक स्थिर होगी क्योंकि यह पर्यावरणीय शोर के प्रति बहुत कम संवेदनशील होगी। एक परमाणु घड़ी अधिक व्यावहारिक भी हो सकती है क्योंकि परमाणु घड़ी के विपरीत, यह पूरी तरह से ठोस अवस्था वाला उपकरण हो सकता है।
हालाँकि, यह उच्च सटीकता और स्थिरता इस संक्रमण का निरीक्षण करना और उत्तेजित करना कठिन बना देती है क्योंकि इसमें शामिल प्रकाश की बैंडविड्थ बहुत संकीर्ण होती है और इसे ढूंढना मुश्किल हो सकता है। दरअसल, पिछले साल ही CERN के शोधकर्ताओं ने इसे बनाया था पहला प्रत्यक्ष माप संक्रमण से फोटॉनों की, जबकि संक्रमण का अस्तित्व 2016 में पुष्टि की गई थी।
कम लागत वाला लेजर
थोरियम-229 एकमात्र ऐसा नाभिक नहीं है जिसे परमाणु घड़ी में उपयोग के लिए खोजा जा रहा है। पर काम स्कैंडियम-45 और भी उन्नत है, लेकिन इस नाभिक की संक्रमण ऊर्जा 12.4 keV है। इसका मतलब यह है कि घड़ी बनाने के लिए इसे एक्स-रे लेजर के साथ जोड़ना होगा - और ऐसे लेजर बड़े और महंगे हैं।
नया शोध जर्मनी के ब्राउनश्वेग में संघीय भौतिक और तकनीकी संस्थान और ऑस्ट्रिया में वियना प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के भौतिकविदों के सहयोग से किया गया था। टीम के सदस्यों में से एक है एक्केहार्ड पेइकजो बीस साल पहले परमाणु घड़ी का विचार लेकर आए थे।
परमाणु और परमाणु घड़ियाँ लगभग एक ही तरह से काम करती हैं। ब्याज का संक्रमण एक लेज़र (या मेज़र) द्वारा उत्तेजित होता है और उत्सर्जित प्रकाश को एक फीडबैक नियंत्रण तंत्र में भेजा जाता है जो लेज़र की आवृत्ति को संक्रमण की आवृत्ति पर लॉक कर देता है। लेज़र प्रकाश की अत्यंत स्थिर आवृत्ति घड़ी का आउटपुट है।
पहली घड़ियाँ (और वर्तमान अंतर्राष्ट्रीय समय मानक) माइक्रोवेव और सीज़ियम परमाणुओं का उपयोग करती हैं, जबकि आज की सबसे अच्छी घड़ियाँ (जिन्हें ऑप्टिकल घड़ियाँ कहा जाता है) स्ट्रोंटियम और येटरबियम सहित प्रकाश और परमाणुओं का उपयोग करती हैं। ऑप्टिकल परमाणु घड़ियाँ इतनी विश्वसनीय हैं कि अरबों वर्षों के बाद भी वे केवल कुछ मिलीसेकंड से ही ख़त्म हो जाएँगी।
छोटा बेहतर है
इस प्रदर्शन का एक बड़ा हिस्सा इस बात पर निर्भर करता है कि परमाणुओं को कैसे फंसाया जाता है और विद्युत चुम्बकीय शोर से बचाया जाता है - जो एक महत्वपूर्ण प्रयोगात्मक चुनौती है। इसके विपरीत, नाभिक परमाणुओं की तुलना में बहुत छोटे होते हैं, जिसका अर्थ है कि विद्युत चुम्बकीय शोर के साथ उनका संपर्क बहुत कम होता है। दरअसल, एक जाल में अलग-थलग होने के बजाय, घड़ी के नाभिक को एक ठोस पदार्थ में एम्बेड किया जा सकता है। इससे घड़ी का डिज़ाइन बहुत सरल हो जाएगा।
अपने प्रयोग में, ऑस्ट्रियाई और जर्मन भौतिकविदों ने थोरियम-229 नाभिक के साथ कैल्शियम फ्लोराइड क्रिस्टल को डोप किया, जो उन्हें अमेरिका में परमाणु निरस्त्रीकरण कार्यक्रम से मिला था। थोरियम-डोप्ड क्रिस्टल केवल कुछ मिलीमीटर के थे। फिर उन्होंने थोरियम-229 को वांछित कम-ऊर्जा परमाणु अवस्था में उत्तेजित करने के लिए एक टेबलटॉप लेजर का उपयोग किया। इस उत्तेजना की पुष्टि अनुनाद प्रतिदीप्ति नामक एक तकनीक का उपयोग करके की गई थी, जिसमें उत्तेजित नाभिक के वापस जमीनी अवस्था में क्षय होने पर उत्सर्जित होने वाले फोटॉन का पता लगाना शामिल है।
परमाणु घड़ियाँ: CERN में एक प्रयोग उन्हें वास्तविकता के करीब क्यों लाता है
"यह शोध परमाणु घड़ी के विकास में एक बहुत ही महत्वपूर्ण कदम है," कहते हैं पीट वान डुपेन बेल्जियम में केयू ल्यूवेन का, जो परमाणु घड़ियों पर काम करता है। “यह साबित करता है कि यह विकास तकनीकी रूप से संभव है, सॉलिड-स्टेट घड़ियों के लिए भी। हमने मान लिया था कि परमाणु संक्रमण के लेजर उत्तेजना को ऑप्टिकल ट्रैप में पता लगाया जा सकेगा, लेकिन अब तक इसमें संदेह था कि क्या ठोस-अवस्था वाले क्रिस्टल में भी ऐसा ही होता है।
भविष्य की परमाणु घड़ियों के लिए संभावित अनुप्रयोग मुख्य रूप से छोटे समय भिन्नताओं का पता लगाने में निहित हैं जो मानक मॉडल से परे नई भौतिकी की ओर इशारा कर सकते हैं। इसमें मूलभूत बलों और स्थिरांकों में भिन्नताएं शामिल हो सकती हैं। विशेष रूप से, घड़ियाँ परमाणु बल में भिन्नता की तलाश करके नई भौतिकी को प्रकट कर सकती हैं, जो नाभिक को एक साथ बांधती है और अंततः घड़ी की आवृत्ति को परिभाषित करती है। परिणामस्वरूप, परमाणु घड़ियाँ भौतिकी के कुछ बड़े रहस्यों पर प्रकाश डाल सकती हैं जैसे कि डार्क मैटर की प्रकृति,
घड़ियों का उपयोग पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण खिंचाव में अंतर के कारण समय के फैलाव को मापने के लिए भी किया जा सकता है। यह चिप्स पर लघु और अत्यधिक मोबाइल परमाणु घड़ियों का उपयोग करके किया जा सकता है जिन्हें आसानी से विभिन्न स्थानों पर ले जाया जा सकता है। यह भूगणित और भूवैज्ञानिक अध्ययन करने के लिए बहुत उपयोगी होगा।
शोध का वर्णन करने वाला एक पेपर में प्रकाशनार्थ स्वीकार कर लिया गया है शारीरिक समीक्षा पत्र।
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- स्रोत: https://physicsworld.com/a/excitation-of-thorium-229-brings-a-working-nuclear-clock-closer/
