కేంద్రక గడియారాన్ని నడిపించే కాంతి

దృశా (optical) గడియారాలు కొలత శాస్త్రానికి, ప్రాథమిక భౌతికశాస్త్ర పరీక్షలకు కచ్చితమైన పౌనఃపున్య ప్రమాణాలను అందిస్తాయి. థోరియం-229 కేంద్రకం ఇంకా విచిత్రమైనదాన్ని అందిస్తుంది: దాని కేంద్రకంలో భూస్థితి కంటే సుమారు 8.4 ఎలక్ట్రాన్‌వోల్టులు పైన ఒక తక్కువ ఎత్తు ఉత్తేజిత స్థితి ఉంది, దాన్ని లేజర్ చేరుకోగలదు. కేంద్రకం ఆధారిత గడియారం ప్రకృతి ప్రాథమిక స్థిరాంకాల్లో సాధ్యమయ్యే మార్పులకు ప్రత్యేకంగా సున్నితంగా ఉంటుంది. పారదర్శక స్ఫటికంలో థోరియంను పొదిగితే, అది ఘనస్థితి కేంద్రక గడియారం కాగలదు.

చిక్కు రంగులో ఉంది. ఆ పరివర్తనకు శూన్య అతినీలలోహిత ప్రాంతంలోని 148.4 నానోమీటర్ల కాంతి అవసరం. అలాంటి కాంతి కేంద్రకాన్ని ఉత్తేజపరచి కేంద్రక గడియారాలను నడపగలదని ఇటీవలి పరిశోధన చూపించింది. అయితే బలహీనమైన శోషణను చదవాలంటే, మూలం గంటల తరబడి ఫోటాన్ల స్థిరమైన ప్రవాహాన్ని అందించాలి, దాని తీవ్రతలోని విచలనాలను వడపోయాలి.

ప్రయోజనాల సంఘర్షణ. కొందరు రచయితలు Shanghai Precilasers Technology అనే లేజర్ సంస్థ ఉద్యోగులు లేదా యజమానులు. ఇతర సంఘర్షణలేవీ లేవని రచయితలు ప్రకటిస్తున్నారు.

తరంగదైర్ఘ్యాన్ని మూడుసార్లు సగం చేయడం

యూనివర్సిటీ ఆఫ్ సైన్స్ అండ్ టెక్నాలజీ ఆఫ్ చైనా, హెఫెయ్ నేషనల్ లాబొరేటరీ, చైనీస్ అకాడమీ ఆఫ్ సైన్సెస్ సంస్థలు, ఆ సంస్థకు చెందిన బృందం 1,187 నానోమీటర్ల నిరంతర పరారుణ లేజర్‌తో మొదలుపెడుతుంది. వరుసగా మూడు పౌనఃపున్య ద్విగుణీకరణ (frequency doubling) దశలు దాని తరంగదైర్ఘ్యాన్ని సగానికి తగ్గిస్తాయి: 594, తర్వాత 297, తర్వాత 148.4 నానోమీటర్లు.

చివరి దశ స్ట్రాన్షియం టెట్రాబోరేట్ స్ఫటికంలో జరుగుతుంది — శూన్య అతినీలలోహిత ప్రాంతంలో పారదర్శకంగా ఉండి, కాంతిని రెట్టింపు పౌనఃపున్యానికి మార్చగల పదార్థం. స్ఫటికం ఒక మూసివున్న పెట్టెలో ఉంటుంది, దాన్ని ఖాళీ చేసి 99.9999% కంటే స్వచ్ఛమైన నైట్రోజన్‌తో మళ్లీ నింపుతారు, ఎందుకంటే ఆక్సిజన్ ఈ కాంతిని మింగేస్తుంది. ఆ లక్షణం ఒక పరీక్షగానూ పనిచేస్తుంది: కొద్దిగా ఆక్సిజన్ లోపలికి వదిలితే 148.4 నానోమీటర్ల సంకేతం మాయమై, నేపథ్య శబ్దం మాత్రమే మిగులుతుంది.

కొన్ని నానోవాట్లు, చాలా స్వచ్ఛంగా

• 297 నానోమీటర్ల కాంతి 920 మిల్లీవాట్లు లోపలికి వెళ్తున్నప్పుడు, మూలం 148.4 నానోమీటర్ల వద్ద అంచనాగా 8.1 నానోవాట్లు ఇస్తుంది.
• ఆక్సిజన్ కలిపిన తర్వాత మిగిలే నేపథ్యం కంటే సంకేతం 38,000 రెట్లు బలంగా ఉంది.
• ఆ ఉత్పత్తి ఒక మునుపటి బృందం నివేదించిన 1.3 నానోవాట్లకు సుమారు ఆరు రెట్లు. కానీ అది చాలా ఎక్కువ పంప్ శక్తితో సాధించినదని రచయితలు నొక్కి చెబుతారు; వాట్ వర్గానికి లెక్కిస్తే రెండు మార్పిడులూ పోల్చదగినవే, కాబట్టి స్ఫటికం మరింత సమర్థవంతమైనదని చూపించలేదు.

ఒకే దిమ్మ నుంచి కోసిన స్ఫటికాలు ఒకేలా ప్రవర్తించలేదు. ఒకటి సుమారు 30 °C వద్ద ఉత్తమంగా పనిచేసింది, మరొకటి కిరణం ఎక్కడ తాకిందనే దాన్ని బట్టి సుమారు 45, 48 °C వద్ద. ప్రతి ముక్కకూ దాని సొంత సర్దుబాటు అవసరం.

ముప్పై మూడు గంటలు, విచలనానికి వ్యతిరేకంగా ఒక ఉపాయం

బృందం ఒక సహచర పత్రంలో వివరించిన కేంద్రక శోషణ కొలతలు చేస్తున్నప్పుడు మూలం 33.3 గంటలు నడిచింది. పంప్ స్థిరంగా ఉన్నా, దాని ఉత్పత్తి సెకనుకు సుమారు 50 లక్షల నుంచి 80 లక్షల గణనలకు నెమ్మదిగా పెరిగింది; ఈ విచలనానికి కారణం ఇంకా తేలలేదు.

అలాంటి విచలనాలను అధిగమించడానికి, బృందం సంకేతం ప్రతి మిల్లీసెకనును దానికి ముందు, తర్వాత వెంటనే ఉన్న మిల్లీసెకన్లతో పోల్చింది. వేరుగా జరిపిన మూడు గంటల ప్రయోగంలో, ఈ స్థానిక సూచీకరణ (local referencing) శబ్దాన్ని దాదాపుగా ఫోటాన్ గణాంకాలు అనుమతించినంత బాగా సగటు చేసి తగ్గించింది, 1,000 సెకన్ల తర్వాత 3.5 × 10⁻⁵ సాపేక్ష స్థిరత్వానికి చేరింది. రచయితలు దీన్ని సగటీకరణకు ఆఫ్‌లైన్ పరీక్షగా చూపిస్తున్నారు, శోషణకు కొలిచిన గుర్తింపు పరిమితిగా ఇంకా కాదు.

మరింత ప్రకాశవంతమైన మూలాల వైపు

మరింత సన్నని స్ఫటికం చుట్టూ అద్దాల కుహరం (cavity) ఉంచితే, కాగితంపై, ఉత్పత్తి సుమారు 3.4 మైక్రోవాట్లకు పెరగవచ్చు — ఈ అంచనా తక్కువ నష్టాలను, స్థిరమైన పనితీరును ఊహిస్తుంది. స్ఫటికానికి మలినాలు కలపడం (doping) లేదా దాని అంతర్గత నిర్మాణాన్ని నియంత్రించడం ఇతర మార్గాలు. ప్రస్తుతానికి, ఈ ఫలితం థోరియం కేంద్రకపు బలహీనమైన శోషణను వినడానికి ఒక ఆచరణాత్మకమైన, దీర్ఘకాలం నడిచే మూలం.