dark matter ढूंढ़ने में — वह रहस्यमय, अदृश्य पदार्थ जो हमारे ब्रह्मांड में मात्रा के अधिकतम 80% को बनाता है — वैज्ञानिक और अभियंता एक नई अत्यंत संवेदनशील उपकरण की खोज में हैं: ऑप्टिकल एटम घड़ी।
ये घड़ियां अणुओं की गति की प्रतिमान श्रेणी का उपयोग करके समय को मापती हैं और इतनी सटीकता से काम करती हैं कि यदि ये ब्रह्मांड के उम्र तक चलती रहें, तो उन्हें एक सेकंड से भी कम क्षति होगी। इस स्थिरता के कारण, इन उपकरणों को अत्यंत संवेदनशील क्वांटम सेंसर के रूप में उपयोग किया जा सकता है जो अंतरिक्ष मे की खोज के लिए उपयुक्त हो सकते हैं।
एटम घड़ीयों को छोटा करने में चुनौती:
समस्या: इतनी सटीक घड़ीयों को संचालित करने के लिए आवश्यक सामग्री, जैसे लेजर, इलेक्ट्रॉनिक्स और कूलर, एक बड़ी मेज़ या कम से कम एक कक्ष भर सकती है। यदि इन्हें अंतरिक्ष में भेजना हो तो यह बहुत महंगा या असंभव हो सकता है।
यू.एस. ऊर्जा और रक्षा विभाग के संयुक्त परियोजना पर काम कर रहे वैज्ञानिकों का लक्ष्य इन घड़ीयों के तत्वों को एक जूते के बॉक्स के आकार तक छोटा करना है। इन अध्ययनों के बाद, उन्होंने रिपोर्ट किया है कि सूरुवाती उम्मीदवार परिणामों को प्राप्त किया गया है।
फर्मिलैब वैज्ञानिकों ने इस डिवाइस के बिजली का इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण करने के लिए आवश्यक संक्षेपित इलेक्ट्रॉनिक्स के विकास की योजना बनाई और उनके साथ ही मसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी लिंकन प्रयोगशाला के वैज्ञानिक छोटे आयन जाल और उसके फोटोनिक्स के विकास में मदद की। फर्मिलैब टीम द्वारा डिज़ाइन किया गया चिप वर्तमान में एमआईटी एलएल में परीक्षण के अधीन है।
फर्मिलैब माइक्रोइलेक्ट्रोनिक्स डिवीजन निदेशक फराह फाहिम, जो इस परियोजना का नेतृत्व करते हैं, ने कहा, “यह एक उच्च-सटीकता, छोटा फुटप्रिंट वाली एटम घड़ी की ओर पहला कदम है।”
डार्क मैटर का नया पता लगाने का एक नया तरीका:
एमआईटी एलएल की ऑप्टिकल एटम घड़ी एक आयन जाल का उपयोग एक सेंसर के रूप में करती है — इस मामले में, एक स्ट्रांटियम आयन को एक विद्युतीय फील्ड द्वारा सीमित किया जाता है। एक लेजर घड़ी के रूप में काम करता है, जो आयन के दो सूक्ष्म ऊर्जा स्तरों के बीच परिवर्तन की घुमावदारता को मापता है।
ऐसे छोटी एटम घड़ियां अंतरिक्ष में उल्ट्रा-हल्के डार्क मैटर की खोज के लिए आदर्श हो सकती हैं, जिसे संकटन के बारे में धारणा है कि इलेक्ट्रॉनों के भार में तारंगता उत्पन्न करता है। यदि कई एटम घड़ीयां अंतरिक्ष में डार्क मैटर के एक समूह से गुजरती हैं, तो डार्क मैटर प्रत्येक घड़ी द्वारा मापी गई फोटन ऊर्जा को बदल सकती है, जिससे ये “टिक” बदल जाएँगी। घड़ियां डार्क मैटर के गुज़रने से असिंक्रन हो जाएगी और उसके बाद फिर से समकालित हो जाएंगी।
डार्क मैटर की पहचान करने के लिए प्रौद्योगिकी में सुधार:
वैज्ञानिकों ने ये प्रयोग GPS उपग्रहों के साथ किए, जिनमें अलग-अलग प्रौद्योगिकी के आधार पर कई एटम घड़ीयां होती हैं। लेकिन इन प्रयोगों में डार्क मैटर के लिए कोई सबूत नहीं मिला। शायद, वैज्ञानिकों ने सोचा, किसी अधिक संवेदनशील घड़ी के साथ डार्क मैटर का पता लगाया जा सकता है।
डीओडी द्वारा वित्तीय सहायता प्राप्त करते हुए, एमआईटी एलएल के वैज्ञानिकों ने आयन जालीय एटम घड़ी को संक्षेपित किया, लेजर पहुंच और पहचान को एक चिप में सम्मिलित किया। लेकिन इस प्रणाली को पूर्ण करने के लिए, एमआईटी एलएल वैज्ञानिकों को संक्षेपित इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण प्रणाली के डिज़ाइन की भी मदद चाहिए थी।
यहाँ तक कि फर्मिलैब ने आयन जाल के साथ चिप को एक साथ स्टैक करने और वियास के माध्यम से उन्हें कनेक्ट करने की तकनीक विकसित करने का प्रयास किया है। फर्मिलैब के वैज्ञानिक आगे भी इलेक्ट्रोनिक्स डिज़ाइन को अधिक परिष्कृत करेंगे ताकि वोल्टेज को 20 वोल्ट तक बढ़ाया जा सके। उद्देश्य है एक संक्षेप्त एटम घड़ी बनाना जिसकी फ्रीक्वेंसी अनिश्चितता 10-18 हो।
डार्क मैटर के अलावा: अन्य उपयोग:
“यह सहयोग हमें दोनों दुनियों के फायदे प्रदान करता है,” बताते हैं मकोनेल। “फर्मिलैब ने हमारे आयन जालों के साथ चिप के डिज़ाइन को विकसित किया और उन्हें नियंत्रित करने के लिए इंटीग्रेट किया है, हम अच्छी तरह से नियंत्रित क्वांटम सेंसर बना सकते हैं।”
ये घड़ी उच्च-ऊर्जा भौतिकी अनुसंधान के अलावा अंतरिक्ष सुरक्षा में भी उपयोग किए जा सकते हैं या तथाकथित सुनामी या भूकंपों की पूर्वानुमान करने के लिए अत्यंत संवेदनशील सेंसर के रूप में भी इस्तेमाल किए जा सकते हैं। ये आयन जाल भविष्य में क्वांटम कंप्यूटरों के आधार के रूप में भी काम आ सकते हैं।
फाहिम कहते हैं, “डीओडी और डीओई के अन्तर्गत अनेक अनुप्रयोगों के लिए एक बड़ा अंतर है, लेकिन उनके टेक्नोलॉजी विकास में एक समानता है; हमें सिर्फ एक-दूसरे के साथ काम करने के तरीके खोजने की आवश्यकता है।”