সুনির্দিষ্ট পারমাণবিক টাইমকিপিংয়ের জন্য প্রয়োজনীয় তাপমাত্রায় ডায়ালিং

এই ধারণাটি আপনার পরীক্ষাগারে নতুন নয়। প্রকৃতপক্ষে, পারমাণবিক ঘড়ির উপর ল্যাবটিতে কাজ শুরু হয়েছিল একটি ল্যান্ডমার্ক পরীক্ষা দিয়ে, যার ফলাফলগুলি কভার নিবন্ধ হিসাবে প্রকাশিত হয়েছিল প্রকৃতি গত বছর, যেখানে দলটি থোরিয়াম-ডোপড হোস্ট ক্রিস্টালটিতে থোরিয়াম -২২৯ পারমাণবিক রূপান্তরটির প্রথম ফ্রিকোয়েন্সি ভিত্তিক, কোয়ান্টাম-রাষ্ট্র-সমাধান করা পরিমাপ করেছে। এই অর্জনটি নিশ্চিত করেছে যে থোরিয়ামের পারমাণবিক রূপান্তর একটি সময় রক্ষাকারী রেফারেন্স হিসাবে ব্যবহার করার জন্য পর্যাপ্ত নির্ভুলতার সাথে পরিমাপ করা যেতে পারে।

তবে, একটি সুনির্দিষ্ট ঘড়ি তৈরি করতে, গবেষকদের অবশ্যই তাপমাত্রা সহ বাহ্যিক অবস্থার মধ্যে কীভাবে রূপান্তরটি প্রতিক্রিয়া জানায় তা সম্পূর্ণরূপে চিহ্নিত করতে হবে। এই যেখানে এই নতুন তদন্ত – একটি “সম্পাদকের পছন্দ” কাগজ প্রকাশিত শারীরিক পর্যালোচনা চিঠি – এসেছে, দলটি থোরিয়াম নিউক্লিয়ায় শক্তি শিফটগুলি অধ্যয়ন করার সাথে সাথে পরমাণুযুক্ত স্ফটিকটি বিভিন্ন তাপমাত্রায় উত্তপ্ত হয়ে পড়েছিল।

গবেষণার প্রথম লেখক জিলা পোস্টডক্টোরাল গবেষক ডাঃ জ্যাকব হিগিন্স বলেছেন, “পারমাণবিক ঘড়ির পদ্ধতিগুলি চিহ্নিত করার পক্ষে এটিই প্রথম পদক্ষেপ।” “আমরা এমন একটি রূপান্তর পেয়েছি যা তাপমাত্রার তুলনায় তুলনামূলকভাবে সংবেদনশীল, যা আমরা যথার্থ সময় রক্ষার ডিভাইসের জন্য চাই” “

“একটি শক্ত-রাষ্ট্রীয় পারমাণবিক ঘড়ির একটি শক্তিশালী এবং পোর্টেবল টাইমিং ডিভাইসে পরিণত হওয়ার একটি দুর্দান্ত সম্ভাবনা রয়েছে যা অত্যন্ত সুনির্দিষ্ট,” জুন ইয়ে নোট করে। “আমরা ক্রমাগত অপারেশনের জন্য 10-18 ভগ্নাংশের ফ্রিকোয়েন্সি স্থায়িত্ব বজায় রাখতে একটি কমপ্যাক্ট পারমাণবিক ঘড়ির জন্য প্যারামিটার স্পেস অনুসন্ধান করছি।”

পারমাণবিক ঘড়ির যথার্থতা

যেহেতু একটি পরমাণুর নিউক্লিয়াস তার বৈদ্যুতিনগুলির তুলনায় পরিবেশগত ব্যাঘাতের দ্বারা কম প্রভাবিত হয়, তাই পারমাণবিক ঘড়ি এমন পরিস্থিতিতে নির্ভুলতা বজায় রাখতে পারে যেখানে পারমাণবিক ঘড়িগুলি হ্রাস পাবে, কারণ ঘড়িটি শব্দের প্রতি আরও প্রতিরোধী। অন্যান্য সমস্ত নিউক্লিয়াসের মধ্যে থোরিয়াম -২২৯ এর জন্য বিশেষত উপযুক্ত কারণ এটি অস্বাভাবিকভাবে কম শক্তির সাথে পারমাণবিক রূপান্তর রয়েছে, উচ্চ-শক্তি গামা রশ্মির চেয়ে অতিবেগুনী লেজার লাইটের সাথে তদন্ত করা সম্ভব করে তোলে।

আটকা পড়া আয়ন সিস্টেমে থোরিয়াম পরিমাপের বিরোধিতা হিসাবে, ইয়ে ল্যাব একটি ভিন্ন পদ্ধতির গ্রহণ করেছে: থোরিয়াম -229 কে একটি শক্ত-রাষ্ট্রীয় হোস্টে এম্বেড করা-একটি ক্যালসিয়াম ফ্লোরাইড (সিএএফ₂) স্ফটিক। ভিয়েনা টেকনিক্যাল ইউনিভার্সিটিতে তাদের সহযোগীদের দ্বারা বিকাশিত এই পদ্ধতিটি traditional তিহ্যবাহী আয়ন-ট্র্যাপ কৌশলগুলির তুলনায় থোরিয়াম নিউক্লিয়াসের অনেক বেশি ঘনত্বের অনুমতি দেয়। আরও নিউক্লিয়াস অর্থ পারমাণবিক রূপান্তর পরিমাপের জন্য শক্তিশালী সংকেত এবং আরও ভাল স্থিতিশীলতা।

পারমাণবিক ঘড়ি গরম করা

তাপমাত্রা কীভাবে এই পারমাণবিক রূপান্তরকে প্রভাবিত করে তা দেখার জন্য, গবেষকরা উভয়ই থোরিয়াম-ডোপড স্ফটিককে তিনটি পৃথক তাপমাত্রায় শীতল ও উত্তপ্ত করেছেন: তরল নাইট্রোজেন সহ 150 কে (-123 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড), 229 কে (-44 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেড) একটি শুকনো আইস-মেথানল মিশ্রণ এবং 293 কে (ঘরের তাপমাত্রার চারপাশে) দিয়ে। একটি ফ্রিকোয়েন্সি চিরুনি লেজার ব্যবহার করে, তারা পরিমাপ করেছে যে কীভাবে পারমাণবিক রূপান্তর ফ্রিকোয়েন্সি প্রতিটি তাপমাত্রায় স্থানান্তরিত হয়, স্ফটিকের মধ্যে দুটি প্রতিযোগিতামূলক শারীরিক প্রভাব প্রকাশ করে।

একটি প্রভাবের জন্য, স্ফটিক উষ্ণ হওয়ার সাথে সাথে এটি প্রসারিত হয়েছিল, সূক্ষ্মভাবে পারমাণবিক জালিকে পরিবর্তন করে এবং থোরিয়াম নিউক্লিয়াস দ্বারা অভিজ্ঞ বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের গ্রেডিয়েন্টগুলি স্থানান্তরিত করে। এই বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের গ্রেডিয়েন্টটি থোরিয়াম ট্রানজিশনটি একাধিক বর্ণালী লাইনে বিভক্ত করেছিল, যা তাপমাত্রা পরিবর্তনের সাথে সাথে বিভিন্ন দিকে স্থানান্তরিত হয়েছিল। দ্বিতীয় প্রভাবটি হ’ল জালির প্রসারটি স্ফটিকের ইলেক্ট্রনগুলির চার্জ ঘনত্বকেও পরিবর্তন করে, নিউক্লিয়াসের সাথে ইলেক্ট্রনগুলির মিথস্ক্রিয়া শক্তি সংশোধন করে এবং বর্ণালী রেখাগুলি একই দিকে এগিয়ে যায়।

যেহেতু এই দুটি প্রভাব থোরিয়াম পরমাণু নিয়ন্ত্রণের জন্য লড়াই করেছিল, একটি নির্দিষ্ট রূপান্তর অন্যদের তুলনায় অনেক কম তাপমাত্রা-সংবেদনশীল হিসাবে দেখা গেছে, কারণ দুটি প্রভাব বেশিরভাগ ক্ষেত্রে একে অপরকে বাতিল করে দেয়। পরীক্ষা করা পুরো তাপমাত্রার পরিসীমা জুড়ে, এই রূপান্তরটি কেবল 62 কিলোহার্টজ দ্বারা স্থানান্তরিত হয়েছে, এটি অন্যান্য ট্রানজিশনের চেয়ে কমপক্ষে 30 গুণ ছোট একটি শিফট।

“এই রূপান্তরটি এমনভাবে আচরণ করছে যা ঘড়ির অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য সত্যই প্রতিশ্রুতিবদ্ধ,” জিলা স্নাতক শিক্ষার্থী চুয়ানকুন জাং যোগ করেছেন। “আমরা যদি এটি আরও স্থিতিশীল করতে পারি তবে এটি যথার্থ সময় রক্ষায় সত্যিকারের গেম-চেঞ্জার হতে পারে।”

পরবর্তী পদক্ষেপ হিসাবে, দলটি একটি তাপমাত্রা ‘মিষ্টি স্পট’ সন্ধান করার পরিকল্পনা করেছে যেখানে পারমাণবিক রূপান্তর তাপমাত্রার থেকে প্রায় সম্পূর্ণ স্বাধীন থাকে। তাদের প্রাথমিক তথ্য থেকে বোঝা যায় যে কোথাও 150 কে এবং 229 কে এর মধ্যে, ট্রানজিশন ফ্রিকোয়েন্সি তাপমাত্রা স্থিতিশীল করা আরও সহজ হবে, ভবিষ্যতের পারমাণবিক ঘড়ির জন্য একটি আদর্শ অপারেটিং শর্ত সরবরাহ করে।

একটি পারমাণবিক ঘড়ি সিস্টেম কাস্টমাইজিং

সম্পূর্ণ নতুন ধরণের ঘড়ি তৈরির জন্য এক ধরণের নকশাকৃত সরঞ্জাম প্রয়োজন, যার বেশিরভাগই প্রয়োজনীয় কাস্টমাইজেশনের স্তরে বিদ্যমান নেই। জিলার ইনস্ট্রুমেন্ট শপকে ধন্যবাদ – এর মেশিনিস্ট এবং ইঞ্জিনিয়ারদের সাথে – দলটি তাদের পরীক্ষার জন্য সমালোচনামূলক উপাদান তৈরি করতে সক্ষম হয়েছিল।

“কিম হাগান এবং পুরো যন্ত্রের দোকানটি এই প্রক্রিয়া জুড়ে অত্যন্ত সহায়ক হয়েছে,” হিগিন্স নোটস। “তারা স্ফটিক মাউন্টটি মেশিয়েছিল, যা থোরিয়াম-ডোপড স্ফটিক ধারণ করে এবং শীতল ফাঁদ সিস্টেমের এমন কিছু অংশ তৈরি করেছিল যা আমাদের তাপমাত্রা যথাযথভাবে নিয়ন্ত্রণ করতে দেয়” “

ইন-হাউস মেশিনিং দক্ষতার কারণে গবেষকরা দ্রুত ডিজাইনগুলিতে পুনরাবৃত্তি করতে এবং নিশ্চিত করে যে এমনকি ছোট পরিবর্তনগুলি যেমন স্ফটিকটি অদলবদল করে-সহজেই করা যেতে পারে।

“আমরা যদি কেবল অফ-শেল্ফ পার্টস ব্যবহার করে থাকি তবে আমাদের সেটআপে আমাদের একই স্তরের আস্থা না থাকত,” জিলার স্নাতক শিক্ষার্থী টিয়ান ওওই, দলের আরেক সদস্য যোগ করেছেন। “যন্ত্রের দোকান থেকে কাস্টম-বিল্ট টুকরোগুলি আমাদের এত সময় বাঁচায়” “

সময়ের বাইরে সংবেদনশীল

যদিও এই গবেষণার প্রাথমিক লক্ষ্যটি আরও স্থিতিশীল পারমাণবিক ঘড়ি বিকাশ করা, এর প্রভাবগুলি সময় রক্ষার বাইরে চলে যায়। থোরিয়াম পারমাণবিক রূপান্তর তার পরিবেশে ব্যাঘাতের জন্য খুব সংবেদনশীল, তবে মৌলিক শক্তির বিভিন্নতার প্রতি অত্যন্ত সংবেদনশীল – এর ফ্রিকোয়েন্সিতে যে কোনও অপ্রত্যাশিত পরিবর্তন নতুন পদার্থবিজ্ঞানের নির্দেশ করতে পারে, যেমন অন্ধকার পদার্থের উপস্থিতি।

হিগিন্স ব্যাখ্যা করেছেন, “পারমাণবিক ট্রানজিশনের সংবেদনশীলতা আমাদের নতুন পদার্থবিজ্ঞানের তদন্তের অনুমতি দিতে পারে।” “কেবল একটি আরও ভাল ঘড়ি তৈরির বাইরে, এটি মহাবিশ্ব অধ্যয়নের সম্পূর্ণ নতুন উপায়গুলির জন্য দরজা খুলতে পারে।”

এই গবেষণাটি আর্মি রিসার্চ অফিস, সায়েন্টিফিক রিসার্চ অফ এয়ার ফোর্স অফিস, ন্যাশনাল সায়েন্স ফাউন্ডেশন, কোয়ান্টাম সিস্টেম এক্সিলারেটর এবং ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অফ স্ট্যান্ডার্ডস অ্যান্ড টেকনোলজি (এনআইএসটি) দ্বারা সমর্থিত ছিল।