नई प्रकार की परमाणु घड़ी समय को और भी अधिक सटीक रखती है।
यह नए प्रकार के घड़ी का डिजाइन, जो परमाणुओं का उपयोग करता है, वैज्ञानिकों को डार्क मैटर का पता लगाने और समय पर गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव का अध्ययन करने में मदद कर सकता है
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परमाणु घड़ियाँ दुनिया में सबसे सटीक समयपाल हैं। ये उत्कृष्ट उपकरण परमाणुओं के कंपन को मापने के लिए लेजर का उपयोग करते हैं, जो एक स्थिर आवृत्ति पर दोलन करते हैं, जैसे कि कई सूक्ष्म पेंडुलम सिंक में झूलते हैं। दुनिया में सबसे अच्छी परमाणु घड़ियां इतनी सटीकता के साथ समय रखती हैं कि, अगर वे ब्रह्मांड की शुरुआत से चल रहे थे, तो वे केवल आज लगभग आधे सेकंड से दूर हो जाएंगे।
फिर भी, वे और भी सटीक हो सकते हैं। यदि परमाणु घड़ियां परमाणु कंपन को अधिक सटीक रूप से माप सकती हैं, तो वे पर्याप्त संवेदनशील होंगे जैसे कि डार्क मैटर और गुरुत्वाकर्षण तरंगों जैसी घटनाओं का पता लगाने के लिए। बेहतर परमाणु घड़ियों के साथ, वैज्ञानिक कुछ मन-झुकने वाले सवालों का जवाब देना भी शुरू कर सकते हैं, जैसे कि गुरुत्वाकर्षण का समय के प्रभाव पर क्या प्रभाव पड़ सकता है और क्या समय ही ब्रह्मांड के युगों के रूप में बदलता है।
अब एमआईटी भौतिकविदों द्वारा डिजाइन की गई एक नई तरह की परमाणु घड़ी वैज्ञानिकों को इस तरह के सवालों का पता लगाने और संभवतः नई भौतिकी प्रकट करने में सक्षम कर सकती है।
शोधकर्ताओं ने जर्नल नेचर में रिपोर्ट की है कि उन्होंने एक परमाणु घड़ी का निर्माण किया है, जो अत्याधुनिक रूप से परमाणुओं के एक बादल को नहीं मापता है, क्योंकि अत्याधुनिक डिजाइन अब मापते हैं, लेकिन इसके बजाय वे परमाणु जो क्वांटम रूप से उलझ गए हैं। परमाणुओं को एक तरह से सहसंबंधित किया जाता है जो शास्त्रीय भौतिकी के नियमों के अनुसार असंभव है, और यह वैज्ञानिकों को परमाणुओं के कंपन को अधिक सटीक रूप से मापने की अनुमति देता है।
नया सेटअप उलझाव के बिना घड़ियों की तुलना में चार गुना तेजी से एक ही परिशुद्धता प्राप्त कर सकता है।
इलेक्ट्रॉनिक्स की MIT की रिसर्च लेबोरेटरी ऑफ इलेक्ट्रॉनिक्स में पोस्टडॉक के प्रमुख लेखक एडविन पेड्रोजो-पेनाफिल कहते हैं, "Entanglement- एन्हांस्ड ऑप्टिकल एटॉमिक क्लॉक्स में वर्तमान अत्याधुनिक ऑप्टिकल घड़ियों की तुलना में एक सेकंड में बेहतर परिशुद्धता तक पहुंचने की क्षमता होगी।"
यदि अत्याधुनिक परमाणु घड़ियों को उलझा हुआ परमाणुओं को मापने के लिए अनुकूलित किया गया था, जिस तरह से MIT टीम का सेटअप करता है, उनके समय में इस तरह के सुधार होंगे कि, ब्रह्मांड की पूरी उम्र में, घड़ियां 100 मिलीसेक से कम हो जाएंगी।
एमआईटी से पेपर के अन्य सह-लेखक हैं सिमोन कोलंबो, ची शू, अल्बर्ट एडियातुल्लिन, ज़ेयांग ली, एनरिक मेंडेज़, बोरिस ब्रेवरमैन, एकियो कावासाकी, सिसुके अकामात्सु, यान्होंग ज़ियाओ, और व्लाडन वुलेटिक, लेस्टर वोल्फ भौतिकी के प्रोफेसर।
समय सीमा
चूँकि मनुष्य समय बीतने पर नज़र रखने लगे थे, इसलिए उन्होंने आवधिक घटनाओं का उपयोग किया है, जैसे कि आकाश में सूर्य की गति। आज, परमाणुओं में कंपन सबसे स्थिर आवधिक घटनाएं हैं जिन्हें वैज्ञानिक देख सकते हैं। इसके अलावा, एक सीज़ियम परमाणु बिल्कुल उसी आवृत्ति पर दोलन करेगा जैसे एक अन्य सीज़ियम परमाणु।
सही समय रखने के लिए, घड़ियाँ आदर्श रूप से एक परमाणु के दोलनों को ट्रैक करेंगी। लेकिन उस पैमाने पर, एक परमाणु इतना छोटा होता है कि यह क्वांटम यांत्रिकी के रहस्यमय नियमों के अनुसार व्यवहार करता है: जब मापा जाता है, तो यह एक फ़्लिप किए गए सिक्के की तरह व्यवहार करता है जब केवल कई फ़्लिप पर औसतन सही संभावनाएं देता है। इस सीमा को भौतिकविदों मानक क्वांटम सीमा के रूप में संदर्भित करते हैं।
"जब आप परमाणुओं की संख्या में वृद्धि करते हैं, तो इन सभी परमाणुओं द्वारा दिया गया औसत कुछ ऐसा होता है जो सही मूल्य देता है," कोलंबो कहते हैं।
यही कारण है कि आज की परमाणु घड़ियों को उनके औसत दोलनों का अनुमान प्राप्त करने के लिए, हजारों एक ही प्रकार के परमाणु से बनी गैस को मापने के लिए डिज़ाइन किया गया है। एक विशिष्ट परमाणु घड़ी पहले लेजर द्वारा गठित एक जाल में अल्ट्राकोलेड परमाणुओं की एक गैस के लिए लेज़रों की एक प्रणाली का उपयोग करके ऐसा करती है। परमाणुओं के कंपन के करीब एक आवृत्ति के साथ एक दूसरा, बहुत स्थिर लेजर, परमाणु दोलन की जांच करने के लिए भेजा जाता है और इस तरह समय का ट्रैक रखता है।
और फिर भी, मानक क्वांटम सीमा अभी भी काम पर है, जिसका अर्थ है कि अभी भी कुछ अनिश्चितता है, हजारों परमाणुओं के बीच, उनके सटीक व्यक्तिगत आवृत्तियों के बारे में भी। यह वह जगह है जहाँ Vuletic और उनके समूह ने दिखाया है कि क्वांटम उलझाव मदद कर सकता है। सामान्य तौर पर, क्वांटम उलझाव एक गैर-भौतिक अवस्था का वर्णन करता है, जिसमें एक समूह में परमाणु सहसंबद्ध माप परिणाम दिखाते हैं, भले ही प्रत्येक व्यक्ति परमाणु एक सिक्के के यादृच्छिक टॉस की तरह व्यवहार करता है।
टीम ने तर्क दिया कि यदि परमाणुओं को उलझाया जाता है, तो उनके व्यक्तिगत दोलन एक सामान्य आवृत्ति के चारों ओर कसते हैं, अगर वे उलझे हुए न हों तो कम विचलन के साथ। औसत दोलनों, जो एक परमाणु घड़ी को मापते हैं, इसलिए, मानक क्वांटम सीमा से परे एक सटीक होगा।
उलझी हुई घड़ियाँ
अपनी नई परमाणु घड़ी में, वोलेटिक और उनके सहयोगियों ने लगभग 350 परमाणुओं के यत्कर्बियम में प्रवेश किया, जो दृश्य प्रकाश के समान उच्च आवृत्ति पर दोलन करता है, जिसका अर्थ है कि कोई भी परमाणु कैल्शियम की तुलना में एक सेकंड में 100,000 गुना अधिक बार कंपन करता है। यदि ytterbium के दोलनों को ठीक से ट्रैक किया जा सकता है, तो वैज्ञानिक समय के छोटे अंतराल को भेद करने के लिए परमाणुओं का उपयोग कर सकते हैं।
समूह ने परमाणुओं को ठंडा करने और दो दर्पणों द्वारा निर्मित एक ऑप्टिकल गुहा में फंसाने के लिए मानक तकनीकों का उपयोग किया। उन्होंने फिर ऑप्टिकल गुहा के माध्यम से एक लेजर भेजा, जहां यह हजारों बार परमाणुओं के साथ बातचीत करते हुए, दर्पणों के बीच पिंग-पोंग किया।
"यह ऐसा है जैसे प्रकाश एक कॉम के रूप में कार्य करता है
परमाणुओं के बीच एक-दूसरे से जुड़ाव, "शू बताते हैं।" पहला परमाणु जो इस प्रकाश को देखता है, वह प्रकाश को थोड़ा संशोधित करेगा, और वह प्रकाश दूसरे परमाणु और तीसरे परमाणु को भी संशोधित करता है, और कई चक्रों के माध्यम से, परमाणु सामूहिक रूप से एक दूसरे को जानते हैं और शुरू करते हैं समान व्यवहार करना। "
इस तरह, शोधकर्ताओं ने क्वांटम को परमाणुओं में उलझा दिया, और फिर अपनी औसत आवृत्ति को मापने के लिए मौजूदा परमाणु घड़ियों के समान एक और लेजर का उपयोग किया। जब टीम ने परमाणुओं को उलझाए बिना एक समान प्रयोग किया, तो उन्होंने पाया कि उलझे हुए परमाणुओं के साथ परमाणु घड़ी एक वांछित परिशुद्धता तक चार गुना तेजी से पहुंची।
"आप हमेशा लंबेसमय तक मापने के द्वारा घड़ी को अधिक सटीक बना सकते हैं," वुलेटिक कहते हैं। "सवाल यह है कि आपको एक निश्चित सटीकता तक पहुंचने की कितनी देर है। कई घटनाओं को तेज समय पर मापने की आवश्यकता है।"
वह कहते हैं कि अगर आज की अत्याधुनिक परमाणु घड़ियों को क्वांटम उलझे हुए परमाणुओं को मापने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है, तो वे न केवल बेहतर समय बनाए रखेंगे, बल्कि वे ब्रह्मांड में काले पदार्थ और गुरुत्वाकर्षण तरंगों जैसे संकेतों को समझने में मदद कर सकते हैं और शुरू कर सकते हैं कुछ पुराने प्रश्नों का उत्तर दें।
"जैसे ही ब्रह्मांड की उम्र होती है, क्या प्रकाश की गति बदल जाती है? क्या इलेक्ट्रॉन का प्रभार बदल जाता है?" Vuletic का कहना है। "यही आप अधिक सटीक परमाणु घड़ियों के साथ जांच कर सकते हैं।"