थोरियम-229 का उपयोग करके परमाणु घड़ियों का विकास
परमाणु घड़ियाँ पारंपरिक रूप से ऊर्जा स्तरों के बीच गति करने वाले इलेक्ट्रॉनों की 'टिक-टिक' गिनकर समय का निर्धारण करती हैं। हालाँकि, अब ऐसी मापों के लिए परमाणु नाभिकीय संक्रमण के उपयोग में रुचि बढ़ी है, क्योंकि इनमें अधिक स्थिरता की क्षमता होती है।
थोरियम-229: एक आदर्श उम्मीदवार
- उम्मीदवार: थोरियम-229 (229Th) परमाणु घड़ियों के लिए एक अत्यंत आशाजनक विकल्प है।
- अद्वितीय विशेषता: 229Th के नाभिक की उत्तेजित अवस्था, मूल अवस्था से लगभग 8.4 इलेक्ट्रॉन-वोल्ट (eV) ऊपर होती है। यह निम्न ऊर्जा स्तर इसे वैक्यूम-अल्ट्रावाइलेट (VUV) लेजर प्रकाश द्वारा उत्तेजित करने की अनुमति देता है।
पता लगाने में चुनौतियाँ
- पहचान संबंधी समस्याएं: आंतरिक रूपांतरण के कारण ठोस पदार्थों में थोरियम उत्तेजना का प्रत्यक्ष पता लगाना चुनौतीपूर्ण है।
- आंतरिक रूपांतरण: फोटॉन उत्सर्जित करने के बजाय, थोरियम नाभिक अक्सर अपनी ऊर्जा एक इलेक्ट्रॉन को स्थानांतरित कर देता है, जिससे वह इलेक्ट्रॉन पदार्थ से बाहर निकल जाता है।
अनुसंधान और कार्यप्रणाली
- नवाचारी दृष्टिकोण: जर्मनी, यूके और यूएस के शोधकर्ताओं ने एक अभिनव दृष्टिकोण अपनाते हुए आंतरिक रूपांतरण को ही एक संकेत (Signal) के रूप में उपयोग किया।
- प्रयोग की संरचना:
- लगभग 6 eV के ऊर्जा अंतराल वाले थोरियम डाइऑक्साइड का उपयोग किया गया।
- थोरियम नाभिकों को उत्तेजित करने के लिए VUV लेजर पल्स का उपयोग किया गया और क्षयित नाभिकों से निकले इलेक्ट्रॉनों की गणना की गई।
- फोटोइलेक्ट्रॉनों के अचानक उत्सर्जन को रोकने और इलेक्ट्रॉनों को डिटेक्टर तक पहुँचाने के लिए समयबद्ध विद्युत क्षेत्रों का उपयोग किया गया।
- निष्कर्ष: 2,020,407.5 GHz पर एक अनुनाद देखा गया, जो पिछले अध्ययनों के अनुरूप है।
- रूपांतरण जीवनकाल: आंतरिक रूपांतरण जीवनकाल 12.3 माइक्रोसेकंड पाया गया, यह उच्च सटीकता का संकेत देता है, जिसमें प्रत्येक 15.8 बिलियन वर्षों में केवल एक सेकंड के विचलन की संभावना है।
निहितार्थ और भविष्य की संभावनाएं
- टिप्पणी: स्वतंत्र शोधकर्ताओं ने जोर दिया कि इस तकनीक से स्थिर और उच्च-सटीक परमाणु घड़ियों के लिए उपलब्ध सामग्रियों का दायरा बढ़ गया है।
- लघुकरण की क्षमता: यह डिजाइन उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन धाराओं को मापकर समय की निगरानी की अनुमति देता है। वर्तमान तकनीकों की तुलना में यह विधि घड़ियों के लघुरूपण (आकार छोटा करने) को सुगम बनाती है।
