परमाणुओं के क्वांटम दोलनों में सूचना का एक निश्चित समूह होता है। और अगर वैज्ञानिक इन दोलनों का सटीक माप कर सकते हैं और समय के साथ उनके परिवर्तनों की साजिश रच सकते हैं, तो वे परमाणु घड़ी की सटीकता में कम से कम 15 गुना सुधार कर सकते हैं, साथ ही परमाणुओं की प्रणालियों के क्वांटम सेंसर की सटीकता में सुधार कर सकते हैं जिनके दोलन संकेत कर सकते हैं डार्क मैटर की उपस्थिति गुरुत्वाकर्षण तरंग, या यहां तक कि नई, अप्रत्याशित घटनाएं, जिसके बारे में हम अभी भी कुछ नहीं जानते हैं।
वैज्ञानिकों के रास्ते में आने वाले बेहतरीन स्पंदनों के मापन में मुख्य बाधा हमारी दुनिया का "शोर" है, जो इन परमाणु कंपनों को रोकता है। और इसलिए मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के वैज्ञानिकों ने दो प्रमुख प्रक्रियाओं के माध्यम से कण भेजकर परमाणु कंपन में क्वांटम परिवर्तनों को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाने में कामयाबी हासिल की: क्वांटम उलझाव और समय उलट।
MIT के भौतिकविदों ने क्वांटम उलझे हुए परमाणुओं में इस तरह से हेरफेर किया कि कणों ने ऐसा व्यवहार किया जैसे वे समय में पीछे की ओर बढ़ रहे हों। जैसा कि शोधकर्ताओं ने परमाणु कंपन के टेप को प्रभावी ढंग से रिवाउंड किया, उन कंपनों में किसी भी बदलाव को इस तरह से बढ़ाया गया कि उन्हें आसानी से मापा जा सके। विधि को सैटिन नाम दिया गया था।
अपने नए अध्ययन के लिए, टीम ने येटरबियम के 400 अल्ट्राकोल्ड परमाणुओं का अध्ययन किया, जो आधुनिक परमाणु घड़ियों में इस्तेमाल होने वाले दो प्रकार के परमाणुओं में से एक है। उन्होंने परमाणुओं को निरपेक्ष शून्य से ठीक ऊपर ठंडा किया, तापमान जिस पर अधिकांश शास्त्रीय प्रभाव जैसे कि गर्मी गायब हो जाती है और परमाणुओं का व्यवहार पूरी तरह से क्वांटम प्रभावों से निर्धारित होता है।
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टीम ने परमाणुओं को फंसाने के लिए लेज़रों की एक प्रणाली का उपयोग किया, फिर एक नीले रंग के "उलझन" के साथ प्रकाश भेजा जिससे परमाणु एक सहसंबद्ध अवस्था में दोलन करने लगे। उन्होंने उलझे हुए परमाणुओं को समय पर विकसित होने दिया और फिर उन्हें एक छोटे चुंबकीय क्षेत्र में उजागर किया, जिसने परमाणुओं के सामूहिक कंपन को थोड़ा सा स्थानांतरित करते हुए एक छोटा क्वांटम परिवर्तन किया।
मौजूदा माप उपकरणों के साथ इस तरह के बदलाव का पता लगाना असंभव होगा। इसके बजाय, टीम ने इस क्वांटम सिग्नल को बढ़ाने के लिए टाइम रिवर्सल लागू किया। ऐसा करने के लिए, उन्होंने लाल रंग के रंग के साथ एक और लेजर का इस्तेमाल किया, जिसने परमाणुओं को उजागर करने के लिए प्रेरित किया, जैसे कि वे समय में विपरीत दिशा में विकसित हो रहे थे। फिर उन्होंने कणों के दोलनों को मापा क्योंकि वे अपनी उलझी हुई अवस्था में लौट आए और पाया कि उनका अंतिम चरण उनके प्रारंभिक चरण से स्पष्ट रूप से भिन्न था - स्पष्ट प्रमाण कि उनके आगे के विकास में कहीं न कहीं एक क्वांटम परिवर्तन हुआ था।
टीम ने इस प्रयोग को 50 से 400 परमाणुओं के बादलों के साथ हजारों बार दोहराया, हर बार क्वांटम सिग्नल के अपेक्षित प्रवर्धन को देखते हुए। इसने पहले प्रयोगों के परिणामों की पुष्टि की। यह विधि परमाणु घड़ी को इतना सटीक बना देगी कि ब्रह्मांड के जीवनकाल में यह वर्तमान ब्रह्मांड समय से 20 मिलीसेकंड से भी कम समय में होगी।
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