पाठ्यक्रम: GS3/विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी
संदर्भ
- वैज्ञानिकों ने ठोस पदार्थ में थोरियम-229 की परमाणु ‘टिक’ का पता लगाने का तरीका खोज लिया है, जिससे सूक्ष्मीकृत परमाणु घड़ियों का मार्ग प्रशस्त हुआ है।
परिचय
- पारंपरिक परमाणु घड़ियाँ इलेक्ट्रॉन संक्रमणों की गणना करती हैं, जो बाहरी व्यवधानों (विद्युत/चुंबकीय क्षेत्रों) के प्रति संवेदनशील होती हैं।
- परमाणु ऊर्जा स्तर कहीं अधिक सुरक्षित होते हैं, जो अधिक स्थिर समय मापन का वादा करते हैं।
क्यों थोरियम-229 (²²⁹Th)?
- इसमें एक अद्वितीय निम्न-ऊर्जा परमाणु उत्तेजित अवस्था होती है जिसे वैक्यूम-अल्ट्रावायलेट (VUV) लेज़रों का उपयोग करके सीधे उत्तेजित किया जा सकता है—एक दुर्लभ और महत्वपूर्ण गुण।
- मुख्य प्रायोगिक चुनौती: ठोस पदार्थों में, उत्तेजित नाभिक सामान्यतः आंतरिक रूपांतरण (ऊर्जा इलेक्ट्रॉन को स्थानांतरित होती है) के माध्यम से शिथिल हो जाता है, बजाय इसके कि वह एक पता लगाने योग्य फोटॉन उत्सर्जित करे, जिससे प्रत्यक्ष पता लगाना कठिन हो जाता है।
- नई क्रांतिकारी विधि: आंतरिक रूपांतरण से बचने के बजाय, शोधकर्ताओं ने इसे संकेत के रूप में उपयोग किया। उन्होंने ²²⁹Th को थोरियम डाइऑक्साइड (ThO₂) में एम्बेड किया, नाभिक को VUV लेज़र पल्स से उत्तेजित किया और परमाणु क्षय के दौरान उत्सर्जित विलंबित इलेक्ट्रॉनों का पता लगाया।
प्रमुख परिणाम
- 2,020,407.5 GHz पर स्पष्ट परमाणु अनुनाद का पता चला।
- आंतरिक रूपांतरण का जीवनकाल 12.3 μs मापा गया।
- यह संकेत देता है कि परमाणु घड़ी की सटीकता ~15.8 अरब वर्षों में 1 सेकंड की त्रुटि होगी।
महत्व
- परमाणु घड़ियों के लिए नए पदार्थ और डिज़ाइन खोलता है।
- सूक्ष्मीकृत करने में सक्षम बनाता है, क्योंकि समय को जटिल ऑप्टिक्स के बजाय इलेक्ट्रॉन करंट के माध्यम से पढ़ा जा सकता है।
- मौलिक भौतिकी, सटीक संवेदन और भौतिक स्थिरांकों के परीक्षण में संभावित अनुप्रयोग।
परमाणु घड़ी
- एक परमाणु घड़ी अल्ट्रावायलेट प्रकाश का उपयोग करके विशेष परमाणु (जैसे थोरियम-229) के नाभिक को उत्तेजित करके कार्य करती है।
- जब प्रकाश सही आवृत्ति पर नाभिक को प्रभावित करता है, तो यह नाभिक को अपनी ऊर्जा अवस्था बदलने का कारण बनता है, जैसे एक छोटा स्विच पलटना।
- इन ऊर्जा परिवर्तनों को सटीक रूप से मापकर और गिनकर, वैज्ञानिक एक अत्यंत सटीक समय मापन उपकरण बना सकते हैं।
| पहलू | परमाणु घड़ियाँ | नाभिकीय घड़ियाँ |
| संदर्भ प्रणाली | इलेक्ट्रॉन कक्षीय संक्रमण | नाभिकीय ऊर्जा संक्रमण |
| दोलन आवृत्ति | माइक्रोवेव से ऑप्टिकल (MHz-THz रेंज) | उच्च आवृत्तियाँ (अल्ट्रावायलेट) |
| सटीकता और स्थिरता | बहुत अधिक (1 सेकंड को परिभाषित करती है) | परमाणु घड़ियों से कहीं अधिक संभावित |
| अनुप्रयोग | GPS, दूरसंचार, इंटरनेट, उपग्रह | भविष्य की गहन-अंतरिक्ष नेविगेशन, मौलिक भौतिकी |
| वर्तमान स्थिति | पूरी तरह से परिचालित, व्यापक रूप से उपयोग | प्रायोगिक / अनुसंधान चरण |
नाभिकीय घड़ी के परमाणु घड़ी पर प्रमुख लाभ
- कहीं अधिक सटीकता और स्थिरता।
- मौलिक स्थिरांकों के परीक्षण के लिए बेहतर।
- पर्यावरणीय हस्तक्षेप कम।
- गुरुत्वाकर्षण समय प्रसार के प्रति अधिक संवेदनशील।
Source: TH
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