चीनी भौतिकविदों ने स्व-निर्मित क्रिस्टल का उपयोग करके थोरियम-229 पर परमाणु घड़ी बनाई
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चीनी भौतिकविदों ने स्व-निर्मित क्रिस्टल का उपयोग करके थोरियम-229 पर परमाणु घड़ी बनाई

चीन के भौतिकविदों की एक टीम ने स्व-विकसित क्रिस्टल का उपयोग करके थोरियम-229 आइसोटोप पर आधारित परमाणु घड़ी सफलतापूर्वक शुरू की। इन घड़ियों में पराबैंगनी लेजर को परमाणु नाभिक में संक्रमण के सापेक्ष लगातार कैलिब्रेट किया जाता है, जो उन्हें इलेक्ट्रॉनिक खोल के माप की तुलना में बाहरी प्रभावों के प्रति कम संवेदनशील बनाता है।

परमाणु घड़ी का प्रयोगशाला नमूना Tsinghua विश्वविद्यालय के Shicyan Ding द्वारा अपने सहयोगियों के साथ इकट्ठा किया गया था। 148.4 नैनोमीटर तरंग दैर्ध्य का पराबैंगनी विकिरण उत्पन्न करने के लिए दो बीमों के मिश्रण का उपयोग किया जाता है जो 600 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किए गए कैडमियम जोड़े से गुजरते हैं। इस विकिरण की शक्ति 10 माइक्रोवाट है, और लेखकों का अनुमान है कि रेखा की चौड़ाई एक हर्ट्ज़ से कम है।

परमाणुओं का पता अवशोषण प्रक्रिया के माध्यम से लगाया जाता है: जब क्रिस्टल अनुनाद पर होता है, तो यह लगभग 0.01 प्रतिशत प्रकाश अवशोषित करता है। इस गुजरने वाले प्रकाश में परिवर्तन के आधार पर लेजर आवृत्ति विस्थापन की दिशा निर्धारित की जाती है।

सिस्टम की स्थिरता बढ़ाने के लिए फोटोमल्टीप्लायर को अधिक पारदर्शी फोटोट्यूब से बदला गया, जो 7 प्रतिशत पराबैंगनी गुजरता है, और संचालन मोड को अनुकूलित किया गया। इन संशोधनों ने अस्थिरता को प्रारंभिक मान $1 \times 10^{-11}$ से घटाकर $5 \times 10^{-13}$ कर दिया। शोध के परिणाम नेचर पत्रिका में प्रकाशित हुए।

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चीनी शोधकर्ताओं ने परमाणु ऑप्टिकल घड़ियाँ बनाई हैं जो समय बनाए रखने के लिए टोरियम-229 परमाणु के नाभिक का उपयोग करती हैं, जो अगली पीढ़ी की उच्च-सटीकता वाली घड़ियों के निर्माण में एक महत्वपूर्ण कदम है।

कुंहुआ विश्वविद्यालय के डिन शीचियांग के नेतृत्व में टीम ने परमाणु नाभिक के भीतर संक्रमण को सटीक रूप से मापने के लिए विशेष रूप से विकसित निरंतर पराबैंगनी लेजर और टोरियम-229 युक्त एक छोटे क्रिस्टल का उपयोग किया। फिर टीम ने इस नाभिकीय संक्रमण के साथ लेजर की आवृत्ति को सिंक्रनाइज़ किया, जिससे सिस्टम परमाणु ऑप्टिकल घड़ी के रूप में कार्य करने में सक्षम हो गया।

ये परिणाम बुधवार को नेचर पत्रिका में प्रकाशित हुए। चीनी समूह और यूरोपीय टीम ने स्वतंत्र रूप से लगभग एक ही समय पर परमाणु ऑप्टिकल घड़ी के काम को हासिल किया।

आधुनिक सबसे सटीक ऑप्टिकल घड़ियाँ परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण पर आधारित होती हैं। इसके विपरीत, परमाणु ऑप्टिकल घड़ियाँ समय के मानक के रूप में परमाणु नाभिक के भीतर संक्रमण का उपयोग करती हैं। चूंकि नाभिक आसपास के परमाणु से काफी छोटा होता है, यह बाहरी प्रभावों के प्रति कम संवेदनशील होता है, जो सैद्धांतिक रूप से क्रोनोमेट्री में और भी अधिक सटीकता प्राप्त करने की अनुमति देता है।

यह तकनीक आकार और इंजीनियरिंग समाधानों के दृष्टिकोण से भी लाभ प्रदान कर सकती है, जिसमें उपग्रह नेविगेशन और दूर अंतरिक्ष अन्वेषण में संभावित अनुप्रयोग हैं, जहां समय की उच्च सटीकता महत्वपूर्ण है।

मुख्य बाधा 148 नैनोमीटर तरंग दैर्ध्य वाले निरंतर लेजर की आवश्यकता थी, जो टोरियम-229 संक्रमण को सटीक रूप से उत्तेजित करने के लिए आवश्यक है। डिन की टीम पहली थी जिसने ऐसा लेजर विकसित किया।

इसके अलावा, टीम ने टोरियम-229 की कमी की समस्या का समाधान किया। केवल 1.4 माइक्रोग्राम आइसोटोप का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने एक बार में टोरियम से डोप किया गया कैल्शियम फ्लोराइड का एक मिलीमीटर क्रिस्टल बनाया। उपयोग की गई सामग्री की मात्रा यूरोपीय टीम द्वारा उपयोग की गई मात्रा से लगभग 200 गुना कम थी।

चीनी टीम की परमाणु घड़ियों ने दूसरे स्तर की स्थिरता प्रदर्शित की, जो यूरोपीय टीम की तुलना में लगभग एक ऑर्डर बेहतर थी, इस प्रकार उच्च-सटीकता समय माप के लिए परमाणु घड़ियों की क्षमता की पुष्टि की।

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