पहिली न्यूक्लिअर घड्याळे अणुघड्याळींच्या पलीकडे जाणारे खरे पाऊल ठरते

न्यूक्लिअर वेळमापन सिद्धांतातून हार्डवेअरपर्यंत

दिलेल्या स्रोत मजकुरानुसार वैज्ञानिकांनी पहिले कार्यरत न्यूक्लिअर घड्याळ तयार केले आहे, ज्यामुळे भौतिकशास्त्रज्ञांनी दोन दशकांहून अधिक काळ पाठपुरावा केलेले उद्दिष्ट प्रत्यक्षात आले आहे. हे उपकरण वेळ मोजण्यासाठी इलेक्ट्रॉन ट्रान्झिशन्सऐवजी अणुकेंद्रांच्या कंपनांचा वापर करते, आणि हा बदल भविष्यात आजच्या सर्वोत्तम अणुघड्याळांपेक्षाही अधिक अचूक घड्याळे निर्माण करू शकतो.

म्हणून हे केवळ एक सैद्धांतिक कल्पनापत्र नाही, तर एक खरा मैलाचा दगड आहे. अणुघड्याळे आधीच आधुनिक जीवनातील काही सर्वांत महत्त्वाच्या मापन आणि नेव्हिगेशन प्रणालींच्या आधारावर आहेत, तसेच मूलभूत भौतिकशास्त्रासाठी अचूकतेची साधने म्हणूनही काम करतात. कार्यरत न्यूक्लिअर घड्याळ या दोन्ही आघाड्यांवर मर्यादा वर नेते, कारण ते अधिक स्थिर संदर्भाकडे निर्देश करते.

स्रोत मजकुरात या कामाचे वर्णन १५ ते २० वर्षांच्या संशोधनाच्या परिपाक म्हणून केले आहे. ही कालमर्यादा आठवण करून देते की अचूक मापनातील प्रगती बहुतेक वेळा अचानक उडी नसून, हळूहळू साचत जाणारी अभियांत्रिकी उपलब्धी असते.

न्यूक्लिअस इलेक्ट्रॉन्सपेक्षा का पुढे जाऊ शकतात

पारंपरिक अणुघड्याळे अणुकेंद्राभोवती इलेक्ट्रॉन्स एका ऊर्जा पातळीवरून दुसऱ्यावर जाताना होणारे बदल वापरतात. लेझरला त्या अचूक वारंवारतेवर ट्यून केले जाते जी हा बदल घडवण्यासाठी आवश्यक असते, आणि त्यातील प्रकाशतरंग मोजून वैज्ञानिक अत्यंत अचूकपणे वेळ ठेवू शकतात. सध्याची सर्वोत्तम अणुघड्याळे इतकी अचूक आहेत की ती अब्ज वर्षांत फक्त काही सेकंद गमावतील.

न्यूक्लिअर घड्याळेही तीच मूलभूत तत्त्वे वापरतात, म्हणजे स्पष्ट परिभाषित ऊर्जा ट्रान्झिशन्सचा वापर. मात्र येथे कंप स्वतः न्यूक्लिअसमधून येतो. दिलेल्या स्रोत मजकुरानुसार, न्यूक्लिअसमध्ये खूप जास्त ऊर्जा असते आणि त्यांना अधिक अचूक उत्तेजनाची गरज असते, म्हणूनच सैद्धांतिकदृष्ट्या त्यांच्याकडून आणखी जास्त अचूकता आणि स्थिरता अपेक्षित आहे.

ही अतिरिक्त अचूकता ही केवळ अमूर्त लक्झरी नाही. चांगली घड्याळे भौतिक नियमांच्या चाचण्या सुधारू शकतात, भूआकृतीमापन आणि मापनशास्त्र अधिक नेमके करू शकतात, आणि कमकुवत वेळमानकांनी न पकडता येणारे सूक्ष्म परिणाम उघड करू शकतात. स्रोत मजकुरात एक दीर्घकालीन उपयोग म्हणून नवीन भौतिकशास्त्राचा शोध, त्यात दुर्बोध डार्क मॅटर कणांसह, नमूद केला आहे.

थोरियमने हे क्षेत्र कसे उघडले

न्यूक्लिअर घड्याळ बनवण्यातली सर्वांत मोठी व्यावहारिक अडचण नेहमीच ऊर्जा राहिली आहे. बहुतेक न्यूक्लिअसना उत्तेजित करण्यासाठी इतकी ऊर्जा लागते की ती अत्यंत शक्तिशाली लेझरही देऊ शकत नाहीत. त्यामुळे ही संकल्पना सिद्धांतात आकर्षक असली तरी प्रत्यक्षात अडकून राहिली होती.

थोरियमने ही अडचण बदलली. दिलेल्या स्रोत मजकुरात स्पष्ट केले आहे की किरणोत्सर्गी थोरियम तुलनेने कमी ऊर्जेत उत्तेजित करता येतो, आणि २०२३ मध्ये त्याच्या न्यूक्लिअसला उत्तेजित करण्यासाठी लागणारी विशिष्ट लेझर वारंवारता ओळखल्यानंतर ते न्यूक्लिअर-घड्याळ प्रयत्नांचे केंद्र बनले.

हेच कदाचित अंतिम हरवलेले घटक ठरले. योग्य उत्तेजन वारंवारता समजल्यानंतर, संशोधकांना संक्रमण शोधण्याऐवजी त्याभोवती कार्यरत उपकरणाची अभियांत्रिकी करण्याकडे वळता आले. व्हिएना युनिव्हर्सिटी ऑफ टेक्नॉलॉजीतील थॉर्स्टेन शूम यांच्या नेतृत्वाखालील संघाने तयार केलेले हे नवे घड्याळ त्या संक्रमणाचे पहिले मोठे फलित आहे.

हे आत्ता का महत्त्वाचे आहे

वैज्ञानिक उपकरणांचे खरे महत्त्व अनेकदा ते सैद्धांतिक मर्यादेला पोहोचल्यावर नाही, तर ते प्रत्यक्षात इतके सक्षम झाले की त्यावर पुढे सुधारणा करता येईल, तेव्हा समजते. त्या निकषांनुसार पहिले कार्यरत न्यूक्लिअर घड्याळ हे निर्णायक विकास आहे. ऐतिहासिकदृष्ट्या महत्त्वाचे ठरायला त्याला प्रत्येक अणुघड्याळापेक्षा तत्काळ श्रेष्ठ असण्याची गरज नाही. त्याने फक्त हे सिद्ध करणे आवश्यक आहे की हा दृष्टिकोन हार्डवेअरमध्ये चालतो.

स्रोत मजकूर सूचित करतो की त्याची क्षमता आधीच दिसू लागली आहे. न्यूक्लिअर घड्याळे अखेरीस अशा स्थिरतेपर्यंत पोहोचू शकतात की शेकडो अब्ज वर्षांत मोजल्या जाणाऱ्या सेकंदांच्या पातळीवर ती टिकतील, जे विश्वाच्या वयापेक्षाही खूप जास्त आहे. जवळच्या काळात प्रत्यक्ष प्रणाली त्या आदर्शापर्यंत पोहोचल्या नाहीत, तरी संकल्पनात्मक लाभ स्पष्ट आहे.

ही मापन पायाभूत सुविधांचीही कथा आहे. अचूक घड्याळे ही मूलभूत तंत्रज्ञाने आहेत. ती इतर प्रयोग अधिक चांगले करून विज्ञान पुढे नेतात. एकदा नवे घड्याळ-आर्किटेक्चर व्यवहार्य झाले की त्याचा प्रभाव ते तयार करणाऱ्या अरुंद क्षेत्रापलीकडेही पसरू शकतो.

अधिक खोल भौतिकशास्त्रासाठी एक व्यासपीठ

दिलेल्या स्रोत मजकुरात न्यूक्लिअर घड्याळांना अशा प्रयोगांशी स्पष्टपणे जोडले आहे, जे विलक्षण नव्या भौतिकशास्त्राचा शोध घेऊ शकतात. म्हणूनच संशोधकांनी त्यांचा इतका सातत्याने पाठपुरावा केला आहे. अत्युच्च अचूकतेतील वेळमापन हे केवळ वेळ अधिक नेमके जाणून घेणे नाही. सध्याचा सिद्धांत निसर्गाचे वर्णन जसे करतो, निसर्ग तसाच वागतो का, हे विचारण्याची ही एक पद्धत आहे.

सूक्ष्म ड्रिफ्ट, अनपेक्षित पर्यावरणीय संवेदनशीलता, किंवा वेगवेगळ्या घड्याळ प्रकारांमधील लहान विसंगती हे सर्व इशारे ठरू शकतात. म्हणूनच अणुघड्याळांच्या आधीच उल्लेखनीय कामगिरीच्या पलीकडे संदर्भ मानके सुधारण्यात भौतिकशास्त्रज्ञांना रस आहे. अचूकतेतील प्रत्येक वाढ ओळखता येणाऱ्या घटनांची व्याप्ती वाढवते.

म्हणून पहिले कार्यरत न्यूक्लिअर घड्याळ एका नव्या प्रायोगिक साधनसंचाची सुरुवात दर्शवते. ही तंत्रज्ञान किती वेगाने परिपक्व होईल किंवा कोणते उपयोग प्रथम समोर येतील, हे सांगणे अजून लवकर आहे. पण दिशा स्पष्ट आहे: थोरियमने दीर्घकाळ चर्चेत असलेल्या शक्यतेला कार्यरत उपकरणात रूपांतरित केले आहे, आणि इतकेच अचूक विज्ञानाच्या नव्या अध्यायासाठी पुरेसे आहे.

• संशोधकांनी थोरियम वापरून पहिले कार्यरत न्यूक्लिअर घड्याळ तयार केले आहे.
• हे उपकरण वेळमापनासाठी इलेक्ट्रॉन ट्रान्झिशन्सऐवजी न्यूक्लिअर ट्रान्झिशन्स वापरते.
• थोरियम वापरता येतो, कारण त्याचा न्यूक्लिअस तुलनेने कमी-ऊर्जेच्या लेझरने उत्तेजित करता येतो.
• न्यूक्लिअर घड्याळे अखेरीस आजच्या अणुघड्याळांपेक्षा अधिक अचूक होऊ शकतात आणि नवीन भौतिकशास्त्राच्या शोधात मदत करू शकतात.

हा लेख न्यू सायंटिस्टच्या वृत्तांकनावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.