যে আলো একটি নিউক্লীয় ঘড়িকে চালু রাখে

আলোকীয় ঘড়ি (optical clocks) পরিমাপবিজ্ঞান আর মৌলিক পদার্থবিদ্যার পরীক্ষার জন্য নিখুঁত কম্পাঙ্ক-মানদণ্ড জোগায়। একটি থোরিয়াম-২২৯ নিউক্লিয়াস আরও অদ্ভুত কিছু দেয়: এর নিউক্লিয়াসের একটি নিম্ন-শক্তির উত্তেজিত অবস্থা আছে, ভূমি-অবস্থার চেয়ে প্রায় ৮.৪ ইলেকট্রনভোল্ট ওপরে, যেখানে একটি লেজার পৌঁছাতে পারে। নিউক্লিয়াস-ভিত্তিক একটি ঘড়ি প্রকৃতির মৌলিক ধ্রুবকগুলোর সম্ভাব্য পরিবর্তনের প্রতি বিশেষভাবে সংবেদনশীল হবে। আর থোরিয়ামকে একটি স্বচ্ছ কেলাসে বসিয়ে দিলে এটি একটি কঠিন-অবস্থার নিউক্লীয় ঘড়ি হয়ে উঠতে পারে।

সমস্যা রঙে। সেই রূপান্তরের জন্য দরকার ১৪৮.৪ ন্যানোমিটারের আলো, শূন্য-মাধ্যম অতিবেগুনি (vacuum ultraviolet) অঞ্চলে। সাম্প্রতিক কাজ দেখিয়েছে যে এমন আলো নিউক্লিয়াসকে উত্তেজিত করতে এবং নিউক্লীয় ঘড়ি চালাতে পারে। তবে একটি দুর্বল শোষণ পড়তে হলে উৎসটিকে ঘণ্টার পর ঘণ্টা ফোটনের একটি স্থির প্রবাহ জোগাতে হবে, আর তার তীব্রতার বিচ্যুতি ছেঁকে ফেলতে হবে।

স্বার্থের সংঘাত। কয়েকজন লেখক লেজার কোম্পানি Shanghai Precilasers Technology-র কর্মী বা মালিক। লেখকেরা অন্য কোনো সংঘাতের কথা ঘোষণা করেননি।

তরঙ্গদৈর্ঘ্য তিনবার অর্ধেক করা

দলটি, যা ইউনিভার্সিটি অব সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজি অব চায়না, হেফেই ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি, চাইনিজ একাডেমি অব সায়েন্সেসের প্রতিষ্ঠান আর ওই কোম্পানির, শুরু করে ১,১৮৭ ন্যানোমিটারের একটি অবিরাম অবলোহিত লেজার দিয়ে। পরপর তিনটি কম্পাঙ্ক-দ্বিগুণকরণ (frequency-doubling) ধাপ এর তরঙ্গদৈর্ঘ্য অর্ধেক করে: ৫৯৪, তারপর ২৯৭, তারপর ১৪৮.৪ ন্যানোমিটার।

শেষ ধাপটি ঘটে স্ট্রনশিয়াম টেট্রাবোরেটের একটি কেলাসে, এমন একটি উপাদান যা শূন্য-মাধ্যম অতিবেগুনিতে স্বচ্ছ এবং আলোকে তার দ্বিগুণ কম্পাঙ্কে রূপান্তর করতে পারে। কেলাসটি একটি বন্ধ বাক্সে রাখা, যা খালি করে ৯৯.৯৯৯৯%-এর বেশি বিশুদ্ধ নাইট্রোজেনে ভরা হয়েছে, কারণ অক্সিজেন এই আলো গিলে ফেলে। এই বৈশিষ্ট্যটি একটি পরীক্ষাও: একটু অক্সিজেন ঢুকতে দিলেই ১৪৮.৪-ন্যানোমিটারের সংকেত মিলিয়ে যায়, থাকে কেবল পটভূমির কোলাহল।

কয়েক ন্যানোওয়াট, খুবই পরিচ্ছন্ন

• ২৯৭ ন্যানোমিটারের ৯২০ মিলিওয়াট আলো ঢোকালে উৎসটি ১৪৮.৪ ন্যানোমিটারে আনুমানিক ৮.১ ন্যানোওয়াট দেয়।
• সংকেতটি অক্সিজেন যোগ করার পর থেকে যাওয়া পটভূমির চেয়ে ৩৮,০০০ গুণ জোরালো।
• এই উৎপাদন আগের একটি দলের জানানো ১.৩ ন্যানোওয়াটের প্রায় ছয় গুণ। কিন্তু লেখকেরা জোর দেন যে এটি পাওয়া গেছে অনেক বেশি পাম্প-শক্তিতে; প্রতি ওয়াট-বর্গে দুটি রূপান্তর তুলনীয়, তাই কেলাসটি বেশি দক্ষ বলে প্রমাণিত হয় না।

একই খণ্ড থেকে কাটা কেলাসগুলো একই আচরণ করেনি। একটি সবচেয়ে ভালো কাজ করেছে প্রায় ৩০ °C-এ, আরেকটি প্রায় ৪৫ আর ৪৮ °C-এ, রশ্মি কোথায় পড়ছে তার ওপর নির্ভর করে। প্রতিটি টুকরোর নিজস্ব সমন্বয় দরকার।

তেত্রিশ ঘণ্টা, আর বিচ্যুতির বিরুদ্ধে একটি কৌশল

দলটি যখন একটি সহযোগী গবেষণাপত্রে বর্ণিত নিউক্লীয় শোষণ-পরিমাপ চালাচ্ছিল, তখন উৎসটি ৩৩.৩ ঘণ্টা চলেছে। পাম্প স্থির থাকা অবস্থায় এর উৎপাদন ধীরে ধীরে সেকেন্ডে প্রায় ৫০ লাখ থেকে ৮০ লাখ গণনায় বেড়েছে; বিচ্যুতির কারণ এখনো অমীমাংসিত।

এমন বিচ্যুতি জয় করতে দলটি সংকেতের প্রতিটি মিলিসেকেন্ডকে ঠিক আগের ও ঠিক পরের মিলিসেকেন্ডের সঙ্গে তুলনা করেছে। তিন ঘণ্টার একটি আলাদা রানে এই স্থানীয় তুলনা-পদ্ধতি (local referencing) কোলাহলকে প্রায় ততটাই গড়ে কমতে দিয়েছে যতটা ফোটন-পরিসংখ্যান অনুমতি দেয়, এবং ১,০০০ সেকেন্ড পর 3.5 × 10⁻⁵ আপেক্ষিক স্থিতিশীলতায় পৌঁছেছে। লেখকেরা একে গড় করার একটি অফলাইন পরীক্ষা হিসেবে উপস্থাপন করেন, এখনো শোষণের মাপা শনাক্তকরণ-সীমা নয়।

আরও উজ্জ্বল উৎসের দিকে

একটি পাতলা কেলাসের চারপাশে দর্পণের একটি গহ্বর (cavity), কাগজে-কলমে, উৎপাদন প্রায় ৩.৪ মাইক্রোওয়াটে তুলতে পারে — এটি একটি অনুমান, যা কম ক্ষতি আর স্থিতিশীল পরিচালনা ধরে নেয়। কেলাসে ডোপিং করা বা তার অভ্যন্তরীণ কাঠামো নিয়ন্ত্রণ করা অন্য পথ। আপাতত ফলাফলটি থোরিয়াম নিউক্লিয়াসের ক্ষীণ শোষণ শোনার জন্য একটি ব্যবহারিক, দীর্ঘ সময় চলা উৎস।