अणुकेंद्रकीय घड्याळ चालू ठेवणारा प्रकाश

प्रकाशीय घड्याळे मापनशास्त्रासाठी आणि मूलभूत भौतिकशास्त्राच्या चाचण्यांसाठी अचूक वारंवारता-संदर्भ पुरवतात. थोरियम-229 चे अणुकेंद्रक काहीतरी अधिक विलक्षण देते: त्याच्या अणुकेंद्रकात मूल अवस्थेपेक्षा सुमारे 8.4 इलेक्ट्रॉनव्होल्ट वर एक कमी उंचीची उत्तेजित अवस्था आहे, जिथपर्यंत लेसर पोहोचू शकतो. अणुकेंद्रकावर आधारित घड्याळ निसर्गाच्या मूलभूत स्थिरांकांमधील संभाव्य बदलांविषयी विशेष संवेदनशील असेल. आणि पारदर्शक स्फटिकात थोरियम गुंफल्यास ते घनावस्थेतील अणुकेंद्रकीय घड्याळ बनू शकते.

अडचण रंगाची आहे. त्या संक्रमणासाठी निर्वात अतिनील प्रदेशातील 148.4 नॅनोमीटरचा प्रकाश लागतो. अलीकडच्या संशोधनाने दाखवले आहे की असा प्रकाश अणुकेंद्रकाला उत्तेजित करू शकतो आणि अणुकेंद्रकीय घड्याळे चालवू शकतो. मात्र क्षीण शोषण वाचण्यासाठी स्रोताने तासन्तास फोटॉन्सचा स्थिर प्रवाह पुरवायला हवा, आणि त्याच्या तीव्रतेतील चढउतार गाळून काढायला हवेत.

हितसंबंधांचा संघर्ष. काही लेखक Shanghai Precilasers Technology या लेसर कंपनीचे कर्मचारी किंवा मालक आहेत. लेखक इतर कोणताही संघर्ष नसल्याचे जाहीर करतात.

तरंगलांबी तीन वेळा निम्मी करणे

युनिव्हर्सिटी ऑफ सायन्स अँड टेक्नॉलॉजी ऑफ चायना, हेफेई नॅशनल लॅबोरेटरी, चिनी विज्ञान अकादमीच्या संस्था आणि ती कंपनी यांचा हा संघ 1,187 नॅनोमीटरच्या सलग अवरक्त लेसरपासून सुरुवात करतो. वारंवारता-द्विगुणनाचे (frequency doubling) तीन लागोपाठचे टप्पे त्याची तरंगलांबी निम्मी करतात: 594, मग 297, मग 148.4 नॅनोमीटर.

शेवटचा टप्पा स्ट्रॉन्शियम टेट्राबोरेटच्या स्फटिकात होतो — निर्वात अतिनील प्रदेशात पारदर्शक असलेला आणि प्रकाशाचे दुप्पट वारंवारतेत रूपांतर करू शकणारा पदार्थ. स्फटिक एका बंदिस्त पेटीत असतो, जी रिकामी करून 99.9999% पेक्षा शुद्ध नायट्रोजनने पुन्हा भरलेली असते, कारण ऑक्सिजन हा प्रकाश गिळून टाकतो. हाच गुणधर्म एक चाचणीही ठरतो: थोडा ऑक्सिजन आत सोडा, आणि 148.4 नॅनोमीटरचा संकेत नाहीसा होतो, फक्त पार्श्वभूमीचा गोंगाट उरतो.

काही नॅनोवॅट, अगदी स्वच्छ

297 नॅनोमीटरचा 920 मिलिवॅट प्रकाश आत जात असताना स्रोत 148.4 नॅनोमीटरवर अंदाजे 8.1 नॅनोवॅट देतो.
ऑक्सिजन टाकल्यानंतर उरणाऱ्या पार्श्वभूमीपेक्षा हा संकेत 38,000 पट प्रबळ आहे.
हे उत्पादन एका आधीच्या संघाने नोंदवलेल्या 1.3 नॅनोवॅटच्या सुमारे सहापट आहे. पण लेखक भर देतात की ते खूप अधिक पंप-शक्तीने मिळवले गेले; प्रति वॅट-वर्ग दोन्ही रूपांतरणे तुलनीय आहेत, त्यामुळे स्फटिक अधिक कार्यक्षम असल्याचे दिसून येत नाही.

एकाच ठोकळ्यातून कापलेले स्फटिक सारखे वागले नाहीत. एक सुमारे 30 °C जवळ सर्वोत्तम काम करत होता, दुसरा किरण कुठे पडतो यानुसार सुमारे 45 आणि 48 °C जवळ. प्रत्येक तुकड्याला स्वतःचे समायोजन लागते.

तेहतीस तास, आणि चढउतारांविरुद्ध एक युक्ती

संघाने एका सहचर शोधनिबंधात वर्णन केलेली अणुकेंद्रकीय शोषण-मोजमापे करत असताना स्रोत 33.3 तास चालला. पंप स्थिर असताना त्याचे उत्पादन प्रति सेकंद सुमारे 50 लाखांवरून 80 लाख गणनांपर्यंत हळूहळू वाढले; या चढउताराचे कारण अजून उलगडलेले नाही.

अशा चढउतारांवर मात करण्यासाठी संघाने संकेताच्या प्रत्येक मिलिसेकंदाची तुलना त्याच्या लगेच आधीच्या आणि नंतरच्या मिलिसेकंदांशी केली. स्वतंत्रपणे चालवलेल्या तीन तासांच्या प्रयोगात, या स्थानिक संदर्भीकरणामुळे (local referencing) गोंगाट जवळजवळ फोटॉन सांख्यिकीच्या मर्यादेइतका सरासरीने कमी झाला, आणि 1,000 सेकंदांनंतर 3.5 × 10⁻⁵ इतकी सापेक्ष स्थिरता गाठली. लेखक याला सरासरीकरणाची ऑफलाइन चाचणी म्हणून सादर करतात, शोषणाची मोजलेली शोध-मर्यादा अजून नव्हे.

अधिक तेजस्वी स्रोतांकडे

अधिक पातळ स्फटिकाभोवती आरशांची पोकळी (cavity) ठेवल्यास, कागदावर, उत्पादन सुमारे 3.4 मायक्रोवॅटपर्यंत वाढू शकते — हा अंदाज कमी हानी आणि स्थिर कार्य गृहीत धरतो. स्फटिकात अपद्रव्य मिसळणे (doping) किंवा त्याच्या अंतर्गत रचनेवर नियंत्रण ठेवणे हे इतर मार्ग आहेत. सध्या तरी हा निकाल म्हणजे थोरियम अणुकेंद्रकाचे क्षीण शोषण ऐकण्यासाठी एक व्यावहारिक, दीर्घकाळ चालणारा स्रोत आहे.