MWANGA UNAOIFANYA SAA YA KINYUKLIA IENDELEE KUFANYA KAZI

Saa za macho (optical clocks) hutoa marejeo sahihi ya masafa kwa sayansi ya vipimo na kwa majaribio ya fizikia ya msingi. Kiini cha thoriamu-229 hutoa jambo la ajabu zaidi: kiini chake kina hali ya msisimko iliyo chini, takriban elektronivolti 8.4 juu ya hali ya msingi, ambayo leza inaweza kuifikia. Saa inayotegemea kiini cha atomi ingekuwa nyeti hasa kwa mabadiliko yanayowezekana ya visabiti vya msingi vya maumbile. Na thoriamu ikipachikwa ndani ya fuwele angavu, inaweza kuwa saa ya kinyuklia ya hali-gumu.

Kikwazo ni rangi. Mpito huo unahitaji mwanga wa nanomita 148.4, katika urujuanimno wa ombwe. Kazi za hivi karibuni zimeonyesha kwamba mwanga kama huo unaweza kusisimua kiini na kuendesha saa za kinyuklia. Hata hivyo, ili kusoma ufyonzaji hafifu, chanzo lazima kitoe mkondo thabiti wa fotoni kwa saa nyingi, na mabadiliko ya ukali wake lazima yachujwe.

Mgongano wa maslahi. Baadhi ya waandishi ni wafanyakazi au wamiliki wa Shanghai Precilasers Technology, kampuni ya leza. Waandishi wanatangaza kwamba hawana migongano mingine.

Kupunguza urefu wa wimbi kwa nusu mara tatu

Timu hiyo, kutoka Chuo Kikuu cha Sayansi na Teknolojia cha China, Maabara ya Kitaifa ya Hefei, taasisi za Chuo cha Sayansi cha China na kampuni hiyo, inaanza na leza endelevu ya infraredi ya nanomita 1,187. Hatua tatu mfululizo za kuzidisha masafa mara mbili (frequency doubling) hupunguza urefu wa wimbi lake kwa nusu: 594, kisha 297, kisha nanomita 148.4.

Hatua ya mwisho hufanyika ndani ya fuwele ya tetraborati ya strontiamu, maada angavu katika urujuanimno wa ombwe inayoweza kubadilisha mwanga kuwa masafa maradufu. Fuwele hukaa ndani ya sanduku lililofungwa, lililotolewa hewa na kujazwa tena naitrojeni safi zaidi ya 99.9999%, kwa kuwa oksijeni humeza mwanga huu. Sifa hiyo hutumika pia kama jaribio: ingiza oksijeni kidogo na ishara ya nanomita 148.4 hutoweka, ikibaki kelele ya mandharinyuma tu.

Nanowati chache, safi sana

Mwanga wa nanomita 297 wa miliwati 920 ukiingia, chanzo hutoa makadirio ya nanowati 8.1 katika nanomita 148.4.
Ishara ina nguvu mara 38,000 zaidi kuliko mandharinyuma inayobaki baada ya kuongeza oksijeni.
Utoaji huo ni takriban mara sita ya nanowati 1.3 zilizoripotiwa na timu ya awali. Lakini waandishi wanasisitiza kuwa ulipatikana kwa nguvu ya kusukuma kubwa zaidi sana; kwa kila wati ya mraba, ubadilishaji huo miwili unalingana, hivyo haijaonyeshwa kwamba fuwele ina ufanisi zaidi.

Fuwele zilizokatwa kutoka kipande kimoja hazikufanya kazi kwa namna moja. Moja ilifanya kazi vizuri zaidi karibu na 30 °C, nyingine karibu na 45 na 48 °C kutegemea mahali mwale ulipogonga. Kila kipande kinahitaji urekebishaji wake.

Saa thelathini na tatu, na mbinu dhidi ya mabadiliko

Chanzo kilifanya kazi kwa saa 33.3 wakati timu ikifanya vipimo vya ufyonzaji wa kinyuklia vilivyoelezwa katika makala shirikishi. Utoaji wake ulipanda polepole kutoka takriban milioni 5 hadi milioni 8 za hesabu kwa sekunde, huku chanzo cha kusukuma kikibaki thabiti; chanzo cha mabadiliko hayo bado hakijajulikana.

Ili kushinda mabadiliko kama hayo, timu ililinganisha kila milisekunde ya ishara na milisekunde zilizo kabla na baada yake moja kwa moja. Katika uendeshaji tofauti wa saa tatu, urejeleaji huu wa karibu (local referencing) uliwezesha kelele kupunguzwa kwa wastani karibu kadiri takwimu za fotoni zinavyoruhusu, ikifikia uthabiti wa kiuwiano wa 3.5 × 10⁻⁵ baada ya sekunde 1,000. Waandishi wanauwasilisha kama jaribio la nje ya mtandao la kupata wastani, si bado kikomo kilichopimwa cha kugundua ufyonzaji.

Kuelekea vyanzo angavu zaidi

Uwazi wa vioo (cavity) kuzunguka fuwele nyembamba zaidi ungeweza, kinadharia, kupandisha utoaji hadi takriban mikrowati 3.4 — makadirio yanayodhania upotevu mdogo na utendaji thabiti. Kuongeza vichanganyio katika fuwele (doping) au kudhibiti muundo wake wa ndani ni njia nyingine. Kwa sasa, matokeo haya ni chanzo cha kivitendo, kinachodumu muda mrefu, cha kusikiliza ufyonzaji hafifu wa kiini cha thoriamu.