প্রথম নিউক্লিয়ার ঘড়ি বাস্তব পারমাণবিক সময়পরিমাপের বাইরের এক ধাপ চিহ্নিত করল

নিউক্লিয়ার সময়পরিমাপ তত্ত্ব থেকে হার্ডওয়্যারে

প্রদত্ত সূত্রপাঠ অনুযায়ী বিজ্ঞানীরা প্রথম কার্যকর নিউক্লিয়ার ঘড়ি তৈরি করেছেন, ফলে পদার্থবিদেরা দুই দশকেরও বেশি সময় ধরে যে লক্ষ্য追求 করে আসছিলেন, তা বাস্তবায়িত হয়েছে। এই যন্ত্রটি সময় গণনার জন্য ইলেকট্রন ট্রানজিশনের বদলে পরমাণু নিউক্লিয়াসের কম্পন ব্যবহার করে, এবং এই পরিবর্তন ভবিষ্যতে আজকের সেরা পারমাণবিক ব্যবস্থাগুলোর চেয়েও বেশি নিখুঁত ঘড়ি তৈরি করতে পারে।

এটি তাই কেবল একটি অনুমানভিত্তিক ধারণা নয়, বরং একটি প্রকৃত মাইলফলক। পারমাণবিক ঘড়ি ইতিমধ্যেই আধুনিক জীবনের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ পরিমাপ ও নেভিগেশন ব্যবস্থার কিছু অংশের ভিত্তি, এবং মৌলিক পদার্থবিজ্ঞানের জন্যও সেগুলো নির্ভুলতার হাতিয়ার হিসেবে কাজ করে। কার্যকর নিউক্লিয়ার ঘড়ি সেই দুই ক্ষেত্রেই মানদণ্ডের ঊর্ধ্বসীমা বাড়িয়ে দেয়, কারণ এটি আরও স্থিতিশীল একটি রেফারেন্সের দিকে ইঙ্গিত করে।

সূত্রপাঠে এই কাজকে ১৫ থেকে ২০ বছরের গবেষণার পরিণতি হিসেবে বর্ণনা করা হয়েছে। এই সময়রেখা মনে করিয়ে দেয় যে নির্ভুল পরিমাপের ক্ষেত্রে অগ্রগতি প্রায়ই হঠাৎ বড় লাফ নয়, বরং ধীর ও ধারাবাহিক প্রকৌশলগত সাফল্য।

কেন নিউক্লিয়াস ইলেকট্রনের চেয়ে এগিয়ে যেতে পারে

প্রচলিত পারমাণবিক ঘড়ি নিউক্লিয়াসকে ঘিরে ইলেকট্রনের শক্তিস্তর পরিবর্তন ব্যবহার করে। একটি লেজারকে সেই নির্দিষ্ট কম্পাঙ্কে টিউন করা হয় যা ওই ট্রানজিশন ঘটাতে প্রয়োজন, এবং সংশ্লিষ্ট আলোক তরঙ্গ গণনা করে বিজ্ঞানীরা অত্যন্ত নির্ভুলভাবে সময় মাপেন। বর্তমানে সেরা পারমাণবিক ঘড়িগুলো এতটাই নির্ভুল যে সেগুলো এক বিলিয়ন বছরে মাত্র কয়েক সেকেন্ড হারাবে।

নিউক্লিয়ার ঘড়িও একই মৌলিক নীতিতে কাজ করে, অর্থাৎ স্পষ্টভাবে সংজ্ঞায়িত শক্তি ট্রানজিশন ব্যবহার করে। তবে এখানে কম্পনটি আসে নিউক্লিয়াস নিজে থেকে। প্রদত্ত সূত্রপাঠ অনুযায়ী, নিউক্লিয়াসের শক্তি অনেক বেশি এবং তাকে উদ্দীপ্ত করতে আরও সূক্ষ্ম উত্তেজনা দরকার, তাই তাত্ত্বিকভাবে এগুলো আরও বেশি নির্ভুলতা ও স্থিতিশীলতা দিতে পারে বলে আশা করা হচ্ছে।

এই অতিরিক্ত নির্ভুলতা কেবল তাত্ত্বিক বিলাসিতা নয়। উন্নত ঘড়ি পদার্থবিজ্ঞানের সূত্র পরীক্ষা আরও ভালো করতে পারে, জিওডেসি ও পরিমাপ-বিজ্ঞানকে শানিত করতে পারে, এবং দুর্বল সময়মানদণ্ড যেসব সূক্ষ্ম প্রভাব ধরতে পারে না, সেগুলো প্রকাশ করতে পারে। সূত্রপাঠে একটি দীর্ঘমেয়াদি ব্যবহার হিসেবে নতুন পদার্থবিজ্ঞানের অনুসন্ধানের কথা বলা হয়েছে, যার মধ্যে দুর্লভ ডার্ক ম্যাটার কণাও রয়েছে।

কীভাবে থোরিয়াম ক্ষেত্রটিকে খুলে দিল

নিউক্লিয়ার ঘড়ি বানানোর সবচেয়ে বড় ব্যবহারিক সমস্যা সব সময়ই শক্তি। অধিকাংশ নিউক্লিয়াসকে উদ্দীপ্ত করতে এমন শক্তি লাগে, যা এমনকি অত্যন্ত শক্তিশালী লেজারও দিতে পারে না। ফলে ধারণাটি তত্ত্বে আকর্ষণীয় থাকলেও বাস্তবে আটকে ছিল।

থোরিয়াম সেই বাধা ভেঙেছে। প্রদত্ত সূত্রপাঠে ব্যাখ্যা করা হয়েছে যে তেজস্ক্রিয় থোরিয়াম তুলনামূলকভাবে কম শক্তিতে উদ্দীপ্ত করা যায়, আর ২০২৩ সালে তার নিউক্লিয়াসকে উদ্দীপ্ত করতে প্রয়োজনীয় নির্দিষ্ট লেজার কম্পাঙ্ক শনাক্ত হওয়ার পর এটি নিউক্লিয়ার-ঘড়ি উদ্যোগের কেন্দ্রে আসে।

এই আবিষ্কারই শেষ অনুপস্থিত উপাদানটি সরবরাহ করেছে বলে মনে হয়। সঠিক উদ্দীপন কম্পাঙ্ক জানা হয়ে যাওয়ায় গবেষকেরা ট্রানজিশনটি খুঁজে বের করার বদলে, সেটিকে ঘিরে কার্যকর যন্ত্র প্রকৌশল করার দিকে অগ্রসর হতে পেরেছেন। ভিয়েনা ইউনিভার্সিটি অব টেকনোলজির থরস্টেন শুমের নেতৃত্বাধীন দলটি যে নতুন ঘড়ি তৈরি করেছে, সেটিই সেই রূপান্তরের প্রথম বড় ফল।

এটি এখন কেন গুরুত্বপূর্ণ

বৈজ্ঞানিক যন্ত্রের গুরুত্ব প্রায়ই তখনই সবচেয়ে বেশি বোঝা যায়, যখন তারা কেবল তাত্ত্বিক সীমায় পৌঁছায় না, বরং বাস্তব হয়ে ওঠে এবং উন্নতির জন্য দরজা খুলে দেয়। সেই মানদণ্ডে প্রথম কার্যকর নিউক্লিয়ার ঘড়ি একটি গুরুত্বপূর্ণ বিকাশ। ঐতিহাসিকভাবে গুরুত্বপূর্ণ হতে এর সঙ্গে সঙ্গে প্রতিটি পারমাণবিক ঘড়িকে হারানো জরুরি নয়। শুধু এটুকুই যথেষ্ট যে পদ্ধতিটি হার্ডওয়্যারে কাজ করে তা প্রমাণিত হয়েছে।

সূত্রপাঠে ইঙ্গিত করা হয়েছে যে সম্ভাবনাটি ইতিমধ্যেই দৃশ্যমান। নিউক্লিয়ার ঘড়ি শেষ পর্যন্ত এমন স্থিতিশীলতায় পৌঁছাতে পারে, যা শত শত বিলিয়ন বছর ধরে সেকেন্ডের হিসাবে মাপা যাবে, অর্থাৎ মহাবিশ্বের বয়সের চেয়েও অনেক বেশি। এমনকি নিকট ভবিষ্যতে ব্যবহারিক ব্যবস্থা সেই আদর্শ মানে না পৌঁছালেও ধারণাগত সুবিধাটি স্পষ্ট।

এটি পরিমাপ-অবকাঠামোর গল্পও বটে। নির্ভুল ঘড়ি একটি মৌলিক প্রযুক্তি। তারা অন্য পরীক্ষাগুলোকে আরও ভালো করে বিজ্ঞানের অগ্রগতি ঘটায়। একবার কোনো নতুন ঘড়ি-স্থাপত্য কার্যকর হয়ে উঠলে, তার প্রভাব যে খাত এটি তৈরি করেছিল, সেই সংকীর্ণ ক্ষেত্রের অনেক বাইরে ছড়িয়ে পড়তে পারে।

গভীরতর পদার্থবিজ্ঞানের জন্য একটি প্ল্যাটফর্ম

প্রদত্ত সূত্রপাঠে স্পষ্টভাবে নিউক্লিয়ার ঘড়িকে এমন পরীক্ষার সঙ্গে যুক্ত করা হয়েছে, যা নতুন ও অদ্ভুত পদার্থবিজ্ঞানের সন্ধান দিতে পারে। এই কারণেই গবেষকেরা এত দীর্ঘ সময় ধরে এগুলোর পেছনে লেগে আছেন। চরম নির্ভুলতায় সময়পরিমাপ কেবল সময় আরও নিখুঁতভাবে জানা নয়। এটি প্রকৃতি বর্তমান তত্ত্বের সঙ্গে ঠিক যতটা মেলে, ততটাই মেলে কি না, তা যাচাই করার একটি উপায়।

সূক্ষ্ম ড্রিফট, অপ্রত্যাশিত পরিবেশগত সংবেদনশীলতা, বা ভিন্ন ভিন্ন ঘড়ির মধ্যে ক্ষুদ্র অসঙ্গতি সবই ইঙ্গিত হয়ে উঠতে পারে। এই কারণেই পদার্থবিদেরা ইতিমধ্যে অসাধারণ পারমাণবিক ঘড়ির কর্মক্ষমতার বাইরেও রেফারেন্স স্ট্যান্ডার্ড উন্নত করতে আগ্রহী। নির্ভুলতায় প্রতিটি অগ্রগতি শনাক্তযোগ্য ঘটনাপ্রবাহের পরিসর বাড়িয়ে দেয়।

অতএব প্রথম কার্যকর নিউক্লিয়ার ঘড়ি একটি নতুন পরীক্ষামূলক সরঞ্জামভাণ্ডারের সূচনা চিহ্নিত করে। প্রযুক্তিটি কত দ্রুত পরিপক্ব হবে বা প্রথমে কোন ব্যবহারগুলো সামনে আসবে, তা এখনই বলা যায় না। তবে দিকনির্দেশ স্পষ্ট: থোরিয়াম বহুদিনের আলোচিত এক সম্ভাবনাকে একটি চলমান যন্ত্রে পরিণত করেছে, আর শুধু এটুকুই নির্ভুল বিজ্ঞানের নতুন অধ্যায় খুলে দিতে যথেষ্ট।

• গবেষকেরা থোরিয়াম ব্যবহার করে প্রথম কার্যকর নিউক্লিয়ার ঘড়ি তৈরি করেছেন।
• যন্ত্রটি সময়পরিমাপের জন্য ইলেকট্রন ট্রানজিশনের বদলে নিউক্লিয়ার ট্রানজিশন ব্যবহার করে।
• থোরিয়াম ব্যবহারযোগ্য, কারণ এর নিউক্লিয়াস তুলনামূলকভাবে কম-শক্তির লেজার দিয়ে উত্তেজিত করা যায়।
• নিউক্লিয়ার ঘড়ি একদিন আজকের পারমাণবিক ঘড়িকে ছাড়িয়ে যেতে পারে এবং নতুন পদার্থবিজ্ঞানের অনুসন্ধানে সাহায্য করতে পারে।

এই নিবন্ধটি নিউ সায়েন্টিস্টের প্রতিবেদনের ভিত্তিতে লেখা। মূল নিবন্ধটি পড়ুন.