परमाणु घड़ियाँ परमाणु समय को नाभिक के भीतर ले जा रही हैं

सत्तर वर्षों से अधिक समय से, दुनिया की सबसे सटीक घड़ियाँ परमाणुओं में ऊर्जा स्तरों के बीच इलेक्ट्रॉनों की छलांग को देखकर समय रखती रही हैं। अब भौतिकविदों ने उसी तरकीब को एक परत और गहरा — स्वयं नाभिक में — धकेल दिया है। दो शोध दलों, एक चीन के सिंघुआ विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों के नेतृत्व में और एक कई यूरोपीय देशों में फैला हुआ, ने जर्नल नेचर में रिपोर्ट किया कि उन्होंने प्रत्येक ने थोरियम-229 परमाणु घड़ी बनाई है जो एक स्थिर, स्व-सुधारक लूप में चलती है। यह पहली बार है कि एक कार्यशील समय संदर्भ परमाणु नाभिक के भीतर ऊर्जा स्तरों पर आधारित है, न कि उसके चारों ओर के इलेक्ट्रॉन बादल पर। ऑस्ट्रिया के टीयू वियन में परमाणु भौतिकविद् और यूरोपीय टीम के प्रमुख सदस्य थोर्स्टन शुम्म ने इस उपलब्धि को सच हुआ सपना बताया, और कहा कि यह क्षेत्र कुछ समय पहले तक एक शांत जगह था।

थोरियम-229 का आकर्षण परमाणु भौतिकी की एक विचित्रता है। अधिकांश परमाणु नाभिकों को अवस्थाओं के बीच बदलने के लिए भारी ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जिससे वे सामान्य लेजरों की पहुँच से बाहर हो जाते हैं। थोरियम-229 में असामान्य रूप से निम्न-स्तरीय उत्तेजित अवस्था है, जिस तक पराबैंगनी सीमा में प्रकाश से पहुँचा जा सकता है। यह संक्रमण को लेजर से चलाने और टिक-टिक को पढ़ने को संभव बनाता है, उसी तरह जैसे ऑप्टिकल परमाणु घड़ियाँ काम करती हैं।

एक नाभिक परमाणु से बहुत छोटा होता है और बाहरी दुनिया से बहुत बेहतर ढंग से परिरक्षित होता है, इसलिए एक परमाणु घड़ी को भटकते विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों और तापमान में उतार-चढ़ाव से कम परेशानी होनी चाहिए। शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि यह अधिक स्थिरता में और अंततः आज की सर्वोत्तम ऑप्टिकल घड़ियों की तुलना में बेहतर सटीकता में बदलेगा, जो अन्यथा ब्रह्मांड की आयु में एक सेकंड से भी कम खोएँगी।

दोनों परिणाम लगभग एक साथ और अलग-अलग तकनीकी मार्गों से आए, जो अपने आप में बहुत कुछ कहता है। प्रतिस्पर्धी समूहों का एक ही मील के पत्थर पर अभिसरण होना बताता है कि कठिन इंजीनियरिंग समस्याएँ — सही लेजर तरंगदैर्ध्य खोजना, उसे संक्रमण से बाँधना और पूरे सिस्टम को स्थिर रूप से चलाना — अब केवल सिद्धांत में नहीं, बल्कि हल की जा रही हैं। चीनी और यूरोपीय टीमों ने प्रत्येक ने एक बंद लूप प्रदर्शित किया, जिसका अर्थ है कि घड़ी रुक-रुक कर होने वाले मापों पर निर्भर रहने के बजाय लगातार खुद को सुधार सकती है।

मेट्रोलॉजी प्रयोगशाला के बाहर इसका क्या महत्व है? बेहतर घड़ियाँ नेविगेशन उपग्रहों, दूरसंचार नेटवर्क और वित्तीय प्रणालियों द्वारा निर्भर समय-चिह्नों को तेज करती हैं। वे मौलिक भौतिकी के परीक्षणों को भी सहारा देती हैं: परमाणु बलों के प्रति संवेदनशील एक घड़ी जाँच सकती है कि क्या प्रकृति के स्थिरांक वास्तव में स्थिर हैं, और उन सूक्ष्म प्रभावों की खोज कर सकती है जिन्हें सामान्य परमाणु घड़ियाँ नहीं देख सकतीं। कुछ शोधकर्ताओं ने भविष्य की पीढ़ियों की तकनीक के लिए अधिक सटीक आवृत्ति मानकों की दिशा में एक मार्ग के रूप में परमाणु संक्रमणों का भी सुझाव दिया है।

यह कार्य एक वाणिज्यिक उपकरण से बहुत दूर है। परमाणु घड़ियाँ नाजुक, लेजर-भूखी प्रयोगशाला मशीनें बनी हुई हैं, और उन्हें मजबूत उपकरणों में बदलने में वर्षों लगेंगे। लेकिन दिशा स्पष्ट है। क्वांटम सटीक माप में वैश्विक दौड़ — एक क्षेत्र जिसमें परमाणु घड़ियाँ, गुरुत्वाकर्षण सेंसर और क्वांटम मैग्नेटोमीटर शामिल हैं — तेज हो रही है, और थोरियम का परिणाम एक विदेशी विचार को कार्यशील हार्डवेयर के दायरे में ले जाता है।

चीन के वैज्ञानिक समुदाय के लिए, सिंघुआ का परिणाम इस बात का संकेत है कि घरेलू क्वांटम अनुसंधान कितनी दूर आ गया है। चीनी प्रयोगशालाएँ यूरोप और उत्तरी अमेरिका के लंबे समय से स्थापित समूहों के साथ-साथ सटीक माप के अग्रिम मोर्चे पर नियमित योगदानकर्ता बन गई हैं। लगभग एक साथ प्रकाशन एक व्यावहारिक वास्तविकता की ओर भी इशारा करता है: इस क्षेत्र में प्रगति अभी भी साझा ज्ञान, सीमा-पार सहयोग और खुले प्रकाशन पर निर्भर है, भले ही प्रतिस्पर्धा तेज हो रही हो।

फिलहाल, इस उपलब्धि को एक लंबी पूँछ वाले सिद्धांत-प्रमाण के रूप में सबसे अच्छी तरह समझा जा सकता है। नाभिक के भीतर समय रखने वाली घड़ी अब कोई विचार-प्रयोग नहीं है। अगला दशक तय करेगा कि यह कितनी सटीक हो सकती है, और कौन-से अनुप्रयोग — भूगणित से लेकर मौलिक भौतिकी तक — परमाणु के हृदय से आने वाली टिक-टिक से सबसे पहले लाभ उठाएँगे।