ஓர் அணுக்கருவுக்கு இசைவாக்கப்பட்ட கடிகாரம் 30 மணி நேரம் ஓடியது

உலகின் மிகத் துல்லியமான கடிகாரங்கள், லேசர்களால் ஆராயப்படும் அணுக்களுக்குள் உள்ள எலக்ட்ரான்களின் அலைவுகளை எண்ணுகின்றன. அவை அளவியலுக்கும் அடிப்படை இயற்பியல் சோதனைகளுக்கும் அதிர்வெண் குறிப்புகளாகப் பயன்படுகின்றன. தோரியம்-229 வேறொரு வகை ஊசலைத் தருகிறது: அதன் அணுக்கருவுக்கு ஐசோமர் எனப்படும் ஒரு கிளர்நிலை உள்ளது; அது அடிநிலையை விடச் சுமார் 8.4 எலக்ட்ரான்வோல்ட் மட்டுமே அதிகம் — ஒரு லேசர் எட்டக்கூடிய அளவுக்குக் குறைவு. தேவையான ஒளி வெற்றிடப் புற ஊதாவில், 148.4 நானோமீட்டரில் உள்ளது.

ஆசிரியர்களின் கூற்றுப்படி, இந்த அணுக்கரு நிலைமாற்றத்தின் மீது கட்டப்படும் கடிகாரம், அடிப்படை இடைவினைகளில் ஏற்படக்கூடிய மாறுபாடுகளுக்குக் குறிப்பாக உணர்திறன் கொண்டதாக இருக்கும்; கரும்பொருள் தேடலுக்கும் உதவலாம். ஒளிபுகும் கால்சியம் ஃப்ளூரைடு படிகத்தில் தோரியத்தைப் பதிப்பது, ஒரு சிறிய திடத் துண்டில் மிகப்பெரும் எண்ணிக்கையிலான உறிஞ்சும் அணுக்கருக்களைத் தருகிறது: திடநிலை அணுக்கருக் கடிகாரத்துக்கான பாதை.

முதலாவது அல்ல, ஆனால் இங்கே மிக நீண்ட நேரம் ஓடியது

ஏற்கனவே செய்யப்பட்டவை குறித்துக் கட்டுரை கவனமாக உள்ளது. அதன் மேற்கோள்கள் அணுக்கரு ஒளிர்வு, நேரடி லேசர் கிளர்வூட்டல், சீப்பு நிறமாலையியல், தொடர் புற ஊதா லேசர்கள், உறிஞ்சல் நிறமாலையியல், பிற குழுக்கள் அறிவித்த அணுக்கருப் பின்னூட்டச் சுழற்சிகள் ஆகியவற்றைப் பட்டியலிடுகின்றன. இந்த ஆய்வு சேர்ப்பது, ஒரு குறிப்பிட்ட படிகத்தில் நீண்ட நேரம் ஓடும் ஒரு கடிகாரமும், அதன் அளவிடப்பட்ட நிறமாலைக்கும் கடிகாரம் உண்மையில் வழங்கும் அதிர்வெண்ணுக்கும் இடையிலான கவனமான இணைப்பும்.

உறிஞ்சல்தான் திறவுகோல். கிளர்ந்த அணுக்கருக்கள் சிதைவதற்காகக் காத்திருப்பதற்குப் பதிலாக — அது ஒரு மெதுவான செயல்முறை — படிகம் எவ்வளவு ஒளியை விழுங்குகிறது என்பதைக் குழு அளக்கிறது. லேசர் கோட்டின் மீது இருக்கிறதா அல்லது அதன் அருகில் இருக்கிறதா என்று சொல்லும் வேகமான சமிக்ஞையை இது தருகிறது.

அணுக்கருவை எட்ட மூன்று இரட்டிப்புகள்

சீன அறிவியல் தொழில்நுட்பப் பல்கலைக்கழகத்தைச் சேர்ந்த பெங்ஃபெய் வாங், ஷூ-ஃபெய் யின், யூ-ஆவ் சென் மற்றும் சக ஆய்வாளர்கள், சீன அறிவியல் கழகம், வியன்னாவின் TU Wien ஆகியவற்றில் உள்ள கூட்டாளிகளுடன், மிகை-நிலையான ஒளியியல் குழியில் நிலைப்படுத்தப்பட்ட 1,187 நானோமீட்டர் அகச்சிவப்பு லேசரிலிருந்து தொடங்குகின்றனர். அடுத்தடுத்த மூன்று அதிர்வெண் இரட்டிப்புகள் அதை 594, பின் 297, பின் 148.4 நானோமீட்டராக மாற்றுகின்றன. சுமார் 750 பிகோவாட் புற ஊதா ஒளி பின்னர் X2 எனப்படும் படிகத்திலிருந்து வெட்டப்பட்ட, 1.8 மில்லிமீட்டர் தடிமனுள்ள தோரியம் கலந்த படிகத் துண்டு வழியாகச் செல்கிறது. X2இன் பிற துண்டுகள் வியன்னாவிலும் JILAவிலும் அளவிடப்பட்டுள்ளன.

படிகத்துக்குள், உள்ளூர் மின்புலம் அணுக்கருக் கோட்டைப் பல கூறுகளாகப் பிரிக்கிறது. ஒரு வகை தோரியம் தளத்தில், குழு அவற்றில் நான்கைப் பிரித்தறிகிறது; அத்துடன் இரண்டாவது வகைத் தளத்திலிருந்து ஓர் அகலமான ஒத்ததிர்வையும். மிக வலுவான, மிகக் குறுகிய கோடான b, வெறும் 83 கிலோஹெர்ட்ஸ் அகலம் கொண்டது — சுமார் இரண்டு மில்லியன் பில்லியன் ஹெர்ட்ஸ் அதிர்வெண்ணின் மீது.

ஒரே கோட்டில் முப்பது மணி நேரம்

கடிகாரத்தை இயக்க, அமைப்பு கோடு bஇன் இரு சரிவுகளையும் ஆராய்ந்து, சுமார் ஒவ்வொரு 10 வினாடிக்கும் லேசர் அதிர்வெண்ணைச் சற்றுத் தள்ளுகிறது. ஸ்ட்ரான்சியம் அணுக் கடிகாரத்துக்கு எதிராக அளவுத்திருத்தம் செய்யப்பட்ட ஹைட்ரஜன் மேசரைக் குறிப்பாகக் கொண்ட ஓர் அதிர்வெண் சீப்பு வெளியீட்டை அளக்கிறது.

• சுழற்சி 30 மணி நேரம் நீடித்தது — 1,061,000 அளவீட்டுச் சுழற்சிகள்; அவற்றில் 29 மட்டுமே நிராகரிக்கப்பட்டன.
• கடிகாரம் இன்னும் பூட்டிய நிலையில் இருந்தபோதே குழு ஓட்டத்தை நிறுத்தியது: ஃபோட்டான் வீதம் வினாடிக்கு 5.79 மில்லியனிலிருந்து 2.41 மில்லியனாகக் குறைந்திருந்தது; புற ஊதா ஊடுருவலைக் குறைத்த வாயு வெளியேற்றத்துக்கு ஆசிரியர்கள் இதைக் காரணம் காட்டுகின்றனர்.
• கோடு bஇன் அளவிடப்பட்ட அதிர்வெண்: 2,020,407,298,796.17 கிலோஹெர்ட்ஸ், 0.13 கிலோஹெர்ட்ஸ் நிச்சயமின்மையுடன்.
• அதன் நிலைப்புத்தன்மை சராசரி நேரத்துடன் மேம்பட்டு, 10,000 வினாடிகளுக்குப் பிறகு 1.24 × 10⁻¹³ எட்டுகிறது.
• மற்றொரு கூறான கோடு c மீது 6.6 மணி நேர இரண்டாவது ஓட்டமும் வெற்றி பெற்றது.

உறிஞ்சல் நிறமாலைகளிலிருந்து படிக்கப்பட்ட கோட்டு நிலைகளும் கடிகாரம் வழங்கிய அதிர்வெண்களும் அவற்றின் நிச்சயமின்மைகளுக்குள் உடன்படுகின்றன. அறையைத் திறந்து ஒளியியலை மீண்டும் சீரமைத்த பிறகு, குழு கடிகாரத்தை மேலும் மூன்று முறை மீண்டும் தொடங்கியபோது, சராசரி அதிர்வெண்கள் 1.6 கிலோஹெர்ட்ஸ் வரம்பில் பரவின.

ஒரே படிகம், மூன்று ஆய்வகங்கள்

வியன்னாவிலும் JILAவிலும் அளவிடப்பட்ட அதே படிகத்தின் துண்டுகளுடன் தங்கள் துண்டை ஒப்பிட்டு, வெப்பநிலைக்குத் திருத்தம் செய்த பிறகு, குழு அதே கோட்டு அமைப்பை மீட்கிறது. சில இடப்பெயர்வுகள் மீதமுள்ளன: கோடு b வியன்னா மதிப்பை விட 11.6 கிலோஹெர்ட்ஸும் JILA மதிப்பை விட 6.6 கிலோஹெர்ட்ஸும் அதிகம்; கோடு c இரண்டையும் விடச் சுமார் 30 கிலோஹெர்ட்ஸ் அதிகம். இவை எஞ்சிய வெப்பநிலைப் பிழைகளிலிருந்தா, பூட்டுதலில் உள்ள சார்புகளிலிருந்தா, அல்லது மாதிரிகளுக்கிடையேயான உண்மையான வேறுபாடுகளிலிருந்தா வருகின்றன என்று ஆசிரியர்களால் இன்னும் சொல்ல முடியவில்லை.

இலக்குக் கோட்டிலிருந்து வெகு தொலைவில்

எண்களுக்குச் சூழல் தேவை; கட்டுரை அதை வழங்குகிறது. குறிப்பாகப் பயன்படுத்தப்பட்ட ஹைட்ரஜன் மேசருக்கும் ஸ்ட்ரான்சியம் கடிகாரத்துக்கும் இடையிலான ஒப்பீடே, அதே சராசரி நேரங்களில் தோரியம் கடிகாரத்தை விட பத்து மடங்குக்கும் மேல் நிலையானது. நிச்சயமின்மை வரவுசெலவுகள் வெளிப்படையாகவே பகுதியளவானவை; நீண்ட ஓட்டத்தின் முதல் 14.7 மணி நேரத்தில் வெப்பநிலை பதிவு செய்யப்படவில்லை. இந்த ஆய்வின் மதிப்பு நீடித்த ஓட்டத்திலும் குறுக்குச் சரிபார்ப்பிலும் உள்ளது: ஒரு நாளுக்கும் மேலாகப் பிடித்து வைக்கப்பட்டு, அதே படிகத்தின் துண்டுகளுடன் மூன்று ஆய்வகங்களில் ஒப்பிடப்பட்ட ஓர் அணுக்கரு நிலைமாற்றம்.