इलेक्ट्रॉनों की गिनती से ठोस घड़ी में थोरियम के परमाणु टिक का पता चलता है

परमाणु घड़ियाँ दो ऊर्जा स्तरों के बीच घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों के ‘टिक्स’ की गिनती करके समय का ध्यान रखें। भौतिक विज्ञानी लंबे समय से इसके बजाय एक परमाणु टिक की गिनती करना चाहते थे। एक परमाणु के बाहरी इलेक्ट्रॉनों की तुलना में एक नाभिक अधिक परिरक्षित होता है, इसलिए इसकी ऊर्जा का स्तर गड़बड़ी के प्रति कम संवेदनशील होने की उम्मीद है।

परमाणु घड़ी के लिए मुख्य उम्मीदवार थोरियम-229 है (²²⁹वां)। इसके नाभिक में एक असामान्य उत्तेजित अवस्था होती है जो जमीनी अवस्था से लगभग 8.4 इलेक्ट्रॉन-वोल्ट (ईवी) ऊपर होती है: वैक्यूम-पराबैंगनी (वीयूवी) लेजर प्रकाश द्वारा इसे सीधे उत्तेजित करने के लिए पर्याप्त कम।

ठोस पदार्थों में उत्तेजना का पता लगाना एक व्यावहारिक समस्या रही है। सबसे सीधा तरीका नाभिक के शिथिल होने पर उत्सर्जित वीयूवी फोटॉन को देखना है। लेकिन कई सामग्रियों में थोरियम नाभिक मुख्य रूप से आंतरिक रूपांतरण द्वारा आराम करता है: एक फोटॉन उत्सर्जित करने के बजाय, यह अपनी ऊर्जा को मेजबान सामग्री में एक इलेक्ट्रॉन में स्थानांतरित करता है, जो बाहर निकल सकता है।

हाल ही में जर्मनी, यूके और अमेरिका के शोधकर्ता सूचना दी आंतरिक रूपांतरण को एक संकेत मानकर एक समाधान। उन्होंने लेज़र-आधारित विधि का उपयोग किया और ²²⁹थोरियम डाइऑक्साइड में Th, जिसका ऊर्जा अंतर लगभग 6 eV है, जो 8.4 eV परमाणु ऊर्जा से कम है। विचार यह था कि वीयूवी लेजर पल्स के साथ थोरियम नाभिक को उत्तेजित किया जाए, फिर उत्तेजित नाभिक के क्षय होने पर निकलने वाले इलेक्ट्रॉनों की गिनती की जाए।

जब वीयूवी पल्स किसी सतह से टकराता है, तो यह सामान्य फोटोइलेक्ट्रॉनों का विस्फोट पैदा करता है जो एक इलेक्ट्रॉन डिटेक्टर को अभिभूत कर सकता है। इसलिए शोधकर्ताओं ने इस विस्फोट को दबाने के लिए समयबद्ध विद्युत क्षेत्रों का उपयोग किया, फिर परमाणु क्षय से जुड़े विलंबित इलेक्ट्रॉनों को निकाला। उन्होंने लक्ष्य से डिटेक्टर तक इलेक्ट्रॉनों का मार्गदर्शन करने के लिए विद्युत क्षेत्रों का भी उपयोग किया।

पिछले अध्ययनों के अनुरूप, स्कैन ने 2,020,407.5 गीगाहर्ट्ज पर एक स्पष्ट अनुनाद प्रकट किया। टीम ने अपने नमूने के लिए 12.3 μs के आंतरिक रूपांतरण जीवनकाल का भी अनुमान लगाया, जिसका अर्थ है कि संबंधित घड़ी हर 15.8 बिलियन वर्षों में केवल एक सेकंड के लिए बंद होगी।

अध्ययन की सफलता का गहरा प्रभाव है। पेपर के साथ एक टिप्पणी में, टेक्सास ए एंड एम विश्वविद्यालय के स्वतंत्र शोधकर्ताओं ने लिखा है कि काम “स्थिर, उच्च परिशुद्धता परमाणु घड़ियों के साथ-साथ सेंसर को साकार करने के लिए सामग्रियों के उपलब्ध टूलबॉक्स का विस्तार करता है जो विभिन्न सामग्रियों के परमाणु वातावरण की जांच कर सकते हैं।”

निष्कर्ष पर्याप्त लघुकरण का मार्ग भी प्रशस्त करते हैं क्योंकि इस डिज़ाइन का उपयोग करने वाली परमाणु घड़ी की निगरानी आज इस्तेमाल की जाने वाली जटिल तकनीकों के बजाय उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों के वर्तमान को मापकर की जा सकती है।