وہ روشنی جو ایک جوہری گھڑی کو چلاتی رہتی ہے
بصری گھڑیاں (optical clocks) پیمائش کی سائنس اور بنیادی طبیعیات کی آزمائشوں کے لیے تعدد کے درست حوالہ جات فراہم کرتی ہیں۔ تھوریم-229 کا مرکزہ کچھ زیادہ عجیب چیز پیش کرتا ہے: اس کے مرکزے کی ایک کم توانائی والی ہیجانی حالت ہے، زمینی حالت سے تقریباً 8.4 الیکٹران وولٹ اوپر، جس تک لیزر پہنچ سکتا ہے۔ مرکزے پر مبنی گھڑی فطرت کے بنیادی مستقلات میں ممکنہ تبدیلیوں کے لیے خاص طور پر حساس ہوگی۔ اور تھوریم کو ایک شفاف کرسٹل میں پیوست کر کے یہ ایک ٹھوس حالت کی جوہری گھڑی بن سکتی ہے۔
مسئلہ رنگ کا ہے۔ اس انتقال کے لیے 148.4 نینو میٹر کی روشنی چاہیے، جو خلائی بالائے بنفشی (vacuum ultraviolet) میں آتی ہے۔ حالیہ تحقیق نے دکھایا ہے کہ ایسی روشنی مرکزے کو ہیجان میں لا سکتی ہے اور جوہری گھڑیاں چلا سکتی ہے۔ تاہم ایک کمزور جذب کو پڑھنے کے لیے ذریعے کو گھنٹوں تک فوٹونز کا مستحکم بہاؤ فراہم کرنا ہوگا، اور اس کی شدت کے اتار چڑھاؤ کو چھاننا ہوگا۔
مفادات کا ٹکراؤ۔ کچھ مصنفین لیزر کمپنی Shanghai Precilasers Technology کے ملازم یا مالکان ہیں۔ مصنفین کسی اور ٹکراؤ کا اعلان نہیں کرتے۔
طولِ موج کو تین بار آدھا کرنا
یونیورسٹی آف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی آف چائنا، ہیفے نیشنل لیبارٹری، چینی اکیڈمی آف سائنسز کے اداروں اور اس کمپنی کی یہ ٹیم 1,187 نینو میٹر کے ایک مسلسل زیریں سرخ لیزر سے آغاز کرتی ہے۔ تعدد دُگنا کرنے (frequency doubling) کے تین پے در پے مراحل اس کی طولِ موج کو آدھا کرتے ہیں: 594، پھر 297، پھر 148.4 نینو میٹر۔
آخری مرحلہ اسٹرانشیم ٹیٹرا بوریٹ کے ایک کرسٹل میں ہوتا ہے، جو خلائی بالائے بنفشی میں شفاف ایک ایسا مادہ ہے جو روشنی کو اس کے دُگنے تعدد میں بدل سکتا ہے۔ کرسٹل ایک بند ڈبے میں رکھا جاتا ہے، جسے خالی کر کے 99.9999% سے زیادہ خالص نائٹروجن سے دوبارہ بھرا جاتا ہے، کیونکہ آکسیجن اس روشنی کو نگل لیتی ہے۔ یہی خاصیت ایک آزمائش کا کام بھی دیتی ہے: تھوڑی سی آکسیجن اندر جانے دیں تو 148.4 نینو میٹر کا اشارہ غائب ہو جاتا ہے، صرف پس منظر کا شور باقی رہتا ہے۔
چند نینو واٹ، بہت صاف
- 297 نینو میٹر کی 920 ملی واٹ روشنی اندر جانے پر ذریعہ 148.4 نینو میٹر پر اندازاً 8.1 نینو واٹ فراہم کرتا ہے۔
- اشارہ اس پس منظر سے 38,000 گنا زیادہ طاقتور ہے جو آکسیجن ڈالنے کے بعد باقی رہتا ہے۔
- یہ اخراج ایک پچھلی ٹیم کے رپورٹ کردہ 1.3 نینو واٹ کا تقریباً چھ گنا ہے۔ لیکن مصنفین زور دیتے ہیں کہ یہ کہیں زیادہ پمپ طاقت سے حاصل کیا گیا؛ فی مربع واٹ دونوں تبدیلیاں قابلِ موازنہ ہیں، اس لیے یہ ثابت نہیں ہوتا کہ کرسٹل زیادہ مؤثر ہے۔
ایک ہی بلاک سے کاٹے گئے کرسٹلز نے ایک جیسا برتاؤ نہیں کیا۔ ایک تقریباً 30 °C پر بہترین کام کرتا تھا، دوسرا شعاع کے لگنے کی جگہ کے لحاظ سے تقریباً 45 اور 48 °C پر۔ ہر ٹکڑے کو اپنی الگ ترتیب درکار ہے۔
تینتیس گھنٹے، اور اتار چڑھاؤ کے خلاف ایک ترکیب
ذریعہ 33.3 گھنٹے چلا جبکہ ٹیم نے جوہری جذب کی وہ پیمائشیں کیں جو ایک ساتھی مقالے میں بیان کی گئی ہیں۔ اس کا اخراج آہستہ آہستہ تقریباً 50 لاکھ سے 80 لاکھ گنتی فی سیکنڈ تک بڑھا، جبکہ پمپ مستحکم رہا؛ اس اتار چڑھاؤ کی وجہ ابھی تک حل نہیں ہوئی۔
ایسے اتار چڑھاؤ پر قابو پانے کے لیے ٹیم نے اشارے کے ہر ملی سیکنڈ کا موازنہ اس سے فوراً پہلے اور بعد کے ملی سیکنڈز سے کیا۔ تین گھنٹے کے ایک الگ رن میں اس مقامی حوالہ بندی (local referencing) نے شور کو اوسط نکالنے پر تقریباً اتنا ہی کم ہونے دیا جتنا فوٹون شماریات اجازت دیتی ہے، اور 1,000 سیکنڈ کے بعد 3.5 × 10⁻⁵ کا نسبتی استحکام حاصل ہوا۔ مصنفین اسے اوسط نکالنے کی ایک بعد از وقت (offline) آزمائش کے طور پر پیش کرتے ہیں، جذب کی ناپی گئی شناختی حد کے طور پر ابھی نہیں۔
زیادہ روشن ذرائع کی جانب
ایک پتلے کرسٹل کے گرد آئینوں کا ایک خانہ (cavity) کاغذ پر اخراج کو تقریباً 3.4 مائیکرو واٹ تک بڑھا سکتا ہے — یہ ایک تخمینہ ہے جو کم نقصانات اور مستحکم کارکردگی فرض کرتا ہے۔ کرسٹل میں آمیزش (doping) کرنا یا اس کی اندرونی ساخت کو کنٹرول کرنا دوسرے راستے ہیں۔ فی الحال نتیجہ ایک عملی، طویل عرصے تک چلنے والا ذریعہ ہے جس سے تھوریم کے مرکزے کے مدھم جذب کو ”سنا“ جا سکتا ہے۔