ब्रह्मांड के जीवनकाल में एक हजार बार सुचारू रूप से टिक करने की क्षमता के साथ, एक नई तरह की परमाणु घड़ी किसी भी निर्मित की तुलना में अधिक सटीक है। आज तक का सबसे अच्छा टाइमकीपर होने के अलावा, नई तथाकथित क्वांटम गैस घड़ी एक दिन नई भौतिकी में अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकती है।
JILA के शोधकर्ताओं (पहले इसे प्रयोगशाला के लिए संयुक्त संस्थान के रूप में भी जाना जाता है) ने स्ट्रोंटियम परमाणुओं के संयोजन और लेजर बीम की एक सरणी का उपयोग करके घड़ी को इतना सटीक बनाया कि वह पहले से कहीं छोटे पैमाने पर गुरुत्वाकर्षण के संपर्क को मापने में सक्षम हो सके। । ऐसा करने पर, यह अन्य मूलभूत ताकतों के साथ अपने संबंधों की प्रकृति पर प्रकाश डाल सकता है, एक रहस्य जो दशकों से भौतिकविदों को चकित करता है।
परमाणु घड़ियां बहुत सटीक मेट्रोनोम की तरह परमाणुओं के कंपन का उपयोग करके समय को मापती हैं। वर्तमान परमाणु घड़ियों दसियों अरबों वर्षों से सेकंडों से बंद हैं। यह नवीनतम पुनरावृत्ति काफी सटीक रहती है कि यह लगभग 90 अरब वर्षों में केवल 1 सेकंड से बंद हो जाएगा।
उस तरह की सटीकता प्राप्त करने के लिए, टीम ने स्ट्रोंटियम परमाणुओं को इधर-उधर घूमने और एक दूसरे से टकराते रहने के लिए ठंडा कर दिया। सबसे पहले, उन्होंने पराबैंगनीकिरण के साथ परमाणुओं को मारा। जब लेज़रों में फोटोन द्वारा मारा जाता है, तो परमाणुओं ने अपनी ऊर्जा को अवशोषित किया और एक फोटॉन को फिर से उत्सर्जित किया, गतिज ऊर्जा खो दी और ठंडा हो गया। लेकिन यह उन्हें काफी ठंडा नहीं किया। तो उन्हें ठंडा करने के लिए, टीम ने बाष्पीकरणीय शीतलन पर भरोसा किया, जिससे कुछ स्ट्रोंटियम परमाणुओं को वाष्पित होने और अधिक ऊर्जा ग्रहण करने की अनुमति मिली। उन्हें 10,000 और 100,000 परमाणुओं के बीच छोड़ दिया गया था, पूर्ण शून्य से ऊपर की डिग्री के केवल 10 से 60 बिलियन के तापमान पर, या शून्य से 459 डिग्री फ़ारेनहाइट (शून्य से 273 डिग्री सेल्सियस) नीचे।
ठंड परमाणुओं लेज़रों की एक 3 डी व्यवस्था से फंस गए थे। बीम को एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप करने के लिए स्थापित किया गया था। जैसा कि उन्होंने ऐसा किया, उन्होंने कम और उच्च संभावित ऊर्जा के क्षेत्र बनाए, जिन्हें संभावित कुएं कहा जाता है। कुओं में खड़ी अंडे के डिब्बों की तरह काम होता है, और हर एक में स्ट्रोंटियम परमाणु होता है।
परमाणु इतने ठंडे हो गए कि उन्होंने एक दूसरे के साथ बातचीत बंद कर दी - एक सामान्य गैस के विपरीत, जिसमें परमाणु बेतरतीब ढंग से इधर-उधर भाग रहे हैं और अपने साथियों को उछाल रहे हैं, ऐसे ठंडा परमाणु अभी भी काफी बने हुए हैं। वे तब एक तरह से व्यवहार करना शुरू करते हैं जो गैस की तरह कम और ठोस की तरह अधिक होता है, भले ही उनके बीच की दूरी ठोस स्ट्रोंटियम में पाए जाने वाले की तुलना में बहुत बड़ी हो।
नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड्स एंड टेक्नोलॉजी के भौतिक विज्ञानी, प्रोजेक्ट लीडर जून ये, ने लाइव साइंस को बताया, "उस दृष्टिकोण से, यह एक बहुत ही दिलचस्प सामग्री है। अब इसमें ऐसे गुण हैं जैसे कि यह एक ठोस अवस्था है।" (JILA संयुक्त रूप से NIST और बोल्डर में कोलोराडो विश्वविद्यालय द्वारा संचालित है।)
इस बिंदु पर, घड़ी समय रखने शुरू करने के लिए तैयार थी: शोधकर्ताओं ने एक लेजर के साथ परमाणुओं को मारा, जो इलेक्ट्रॉनों में से एक था जो स्ट्रोंटियम के नाभिक की परिक्रमा कर रहा था। क्योंकि इलेक्ट्रॉनों को क्वांटम यांत्रिकी के नियमों द्वारा नियंत्रित किया जाता है, कोई यह नहीं कह सकता है कि एक बार उत्तेजित होने के बाद इलेक्ट्रॉन किस ऊर्जा स्तर पर है, और केवल यह कह सकता है कि उसके एक या दूसरे में होने की संभावना है। इलेक्ट्रॉन को मापने के लिए, 10 सेकंड के बाद, उन्होंने परमाणु में एक और लेजर निकाल दिया। वह लेजर माप जहां इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर स्थित होता है, लेजर से एक फोटॉन के रूप में परमाणु द्वारा फिर से उत्सर्जित हो जाता है - और उस अवधि (10 सेकंड) में कितनी बार यह दोलन करता है।
हजारों परमाणुओं पर इस माप का उपयोग इस परमाणु घड़ी को उसकी शुद्धता देता है, जैसे हजारों समान पेंडुलम की धड़कन के औसत से एक अधिक सटीक विचार मिलेगा कि उस पेंडुलम की अवधि क्या होनी चाहिए।
अब तक, परमाणु घड़ियों में 3 डी जाली के विपरीत परमाणुओं के केवल "तार" होते थे, इसलिए वे उतने माप नहीं ले सकते थे जितने कि इस एक ने किया था।
"यह घड़ियों की तुलना करने जैसा है," ये कहा। "उस सादृश्य का उपयोग करते हुए, परमाणुओं पर लेजर पल्स एक सुसंगत दोलन को मारता है। दस सेकंड बाद हम फिर से पल्स को चालू करते हैं और इलेक्ट्रॉन से पूछते हैं, 'आप कहां हैं?" "हजारों परमाणुओं पर माप का औसत है।
उस स्थिति के बीच में इलेक्ट्रॉनों को रखना मुश्किल है, ये कहा, और यह एक और कारण है कि परमाणुओं को इतना ठंडा होने की आवश्यकता है, ताकि इलेक्ट्रॉनों को गलती से कुछ और स्पर्श न करें।
घड़ी अनिवार्य रूप से खरबों में 1 भाग तक सेकंड माप सकती है। यह क्षमता वास्तव में अच्छे टाइमकीपर से कहीं अधिक है; यह इस तरह के काले पदार्थ के रूप में घटना के लिए खोज में मदद कर सकता है, ये कहा। उदाहरण के लिए, कोई ऐसे सटीक टाइमर का उपयोग करके अंतरिक्ष में एक प्रयोग स्थापित कर सकता है, यह देखने के लिए कि परमाणु क्या पारंपरिक सिद्धांतों की भविष्यवाणी करते हैं।
अध्ययन विज्ञान विज्ञान के 6 अक्टूबर के अंक में विस्तृत है।
