ऑप्टिकल परमाणु घड़ी

पाठ्यक्रम: GS3/ विज्ञान और प्रौद्योगिकी

सन्दर्भ

• छह देशों के शोधकर्ताओं ने तीन महाद्वीपों में ऑप्टिकल परमाणु घड़ियों की विश्व की सबसे बड़ी और सबसे सटीक तुलना की है।
• यह समय की SI इकाई – सेकंड – को पुनर्परिभाषित करने की दिशा में एक बड़ा कदम है, जिसमें वर्तमान सीज़ियम-आधारित परमाणु घड़ियों के बजाय ऑप्टिकल घड़ियों का उपयोग किया जाएगा।

सेकण्ड की वर्तमान परिभाषा क्या है?

• वर्तमान मानक (1967 से): एक सेकंड, सीज़ियम-133 परमाणु द्वारा दो ऊर्जा अवस्थाओं के बीच परिवर्तन के दौरान उत्पन्न विकिरण के 9,192,631,770 चक्रों में लगने वाले समय के बराबर होता है।
  • सीज़ियम को इसकी उच्च सटीकता और स्थिरता के लिए चुना गया था।
• भारत का समय-निर्धारण: दिल्ली स्थित राष्ट्रीय भौतिक प्रयोगशाला (एनपीएल) पाँच सीज़ियम घड़ियों का उपयोग करके भारत के समय मानक का रखरखाव करती है।
  • इन घड़ियों का आउटपुट इनसैट उपग्रहों, दूरसंचार संकेतों और फाइबर लिंक के माध्यम से भारत भर के विभिन्न अनुप्रयोगों में प्रसारित किया जाता है।

ऑप्टिकल परमाणु घड़ियाँ क्या हैं?

• सीज़ियम घड़ियों की तरह, ऑप्टिकल परमाणु घड़ियाँ भी परमाणु के आंतरिक ऊर्जा संक्रमण के आधार पर समय मापती हैं, लेकिन माइक्रोवेव के बजाय ऑप्टिकल (दृश्य प्रकाश) आवृत्तियों का उपयोग करती हैं।
• ऑप्टिकल घड़ियों में प्रयुक्त सामान्य परमाणु: स्ट्रोंटियम-87 (Sr), यटरबियम-171 (Yb) और यटरबियम आयन (Yb⁺), इंडियम-115 आयन (In⁺) और आवेशित स्ट्रोंटियम-88 (Sr⁺)।

सीज़ियम को ऑप्टिकल घड़ियों से क्यों बदलें?

• उच्च आवृत्ति, बेहतर परिशुद्धता: प्रकाशीय घड़ियाँ उच्च आवृत्ति वाले दृश्य प्रकाश का उपयोग करती हैं, जिससे प्रति सेकंड अधिक दोलन संभव होते हैं और इस प्रकार सीज़ियम घड़ियों की तुलना में अधिक सटीक समय मापन संभव होता है।
  • सीज़ियम घड़ियाँ 9.19 बिलियन हर्ट्ज़ पर विकिरण का उपयोग करती हैं,
  • स्ट्रोंटियम घड़ियाँ 429 ट्रिलियन हर्ट्ज़ का उपयोग करती हैं,
  • यटरबियम घड़ियाँ 642 ट्रिलियन हर्ट्ज़ का उपयोग करती हैं।
• बेजोड़ स्थिरता: कुछ प्रकाशीय घड़ियाँ इतनी स्थिर होती हैं कि वे 15 बिलियन वर्षों में केवल एक सेकंड के लिए विचलित होती हैं, जिससे वे सीज़ियम घड़ियों की तुलना में 10,000 गुना अधिक सटीक हो जाती हैं।
• परमाणु संक्रमण सिद्धांत: सीज़ियम घड़ियों की तरह, प्रकाशीय घड़ियाँ भी निश्चित ऊर्जा स्तरों के बीच परमाणुओं के स्थानांतरण की गणना करके समय मापती हैं।
  • लेकिन माइक्रोवेव के बजाय, वे इन परिवर्तनों को उत्तेजित करने और उनका पता लगाने के लिए लेज़रों का उपयोग करती हैं, जिसके परिणामस्वरूप अधिक स्थिर और सटीक आवृत्ति मापन संभव होता है।

विकास का महत्व

• संभवतः 2030 तक, द्वितीय विश्व युद्ध को पुनर्परिभाषित करने की नींव रखता है।
• उच्च-परिशुद्धता अनुप्रयोगों का समर्थन करता है जैसे:
  • उपग्रह नेविगेशन (GPS, NavIC, गैलीलियो)
  • रेडियो खगोल विज्ञान (जैसे, ब्लैक होल इमेजिंग)
  • जलवायु विज्ञान (बर्फ/पानी के नुकसान के कारण गुरुत्वाकर्षण परिवर्तनों पर नज़र रखना)

Source: TH