முகப்பு தொழில்நுட்பம் துல்லியமாக நேரத்தை அளக்க புதிய ஒரு உத்தி

துல்லியமாக நேரத்தை அளக்க புதிய ஒரு உத்தி

261
0

நேரத்தை அளக்க பல்வேறு விதமான கடிகாரங்கள் இருக்கின்றன அல்லவா? பழைய காலத்து பெண்டுலம் கடிகாரம், அதன் பின்னர் டிஜிட்டல் கடிகாரம் அதற்கும் மேலே அணுக்கடிகாரம் என்று பல வகைகள். இவற்றில் ஒவ்வொன்றின் துல்லியத் தனிமையும் மாறுபடும். இவற்றிலே மிக மிகத் துல்லியமானவை அணுக்கடிகாரங்கள் தான்.

அணுக்கடிகாரங்கள், அணுக்களைப் பயன்படுத்தி இயங்குகின்றன. 1955 இல் முதன் முதலாக சீசியம் அணுக்களைக் கொண்டு உருவாக்கப்பட்டதில் இருந்து பல்வேறு அணுக்களைக் கொண்டு அணுக்கடிகாரங்களை விஞ்ஞானிகள் உருவாக்கியுள்ளனர். கடிகாரத்தின் துல்லியத் தன்மையை அதிகரிப்பதே இவர்களின் நோக்கம்.

Jack Parry (left) and Louis Essen (right) with the Caesium Mk. 1 atomic clock

பூமியின் சுழற்சியைக் கொண்டு நேரத்தை அளப்பதை விட அணுக்கடிகாரங்களை கொண்டு நேரத்தை அளப்பது மிக மிக துல்லியமான ஒரு அளவீடு. இன்னும் ஒரு படி மேலே சென்று கூறவேண்டும் என்றால் 1955 உருவாக்கிய அணுக்கடிகாரம் எந்தளவுக்கு துல்லியம் என்றால் அது 300 வருடங்களில் ஒரு செக்கன் அதிகமாகவோ அல்லது ஒரு செக்கன் குறைவாகவோ காட்டும். இந்தத் துல்லியத்தன்மை மிக மிக அதிகமாக இருந்ததால் நேரத்தின் சர்வதேச அழகு பூமியின் சுழற்சியை அடிப்படையாக கொண்டில்லாமல் அணுவை அடிப்படையாககொண்டு 1967 இல் மாற்றியமைக்கப்பட்டது.

ஆனால் தற்போது இருக்கும் அணுக்கடிகாரங்கள் பழைய சீசியம் அணுக்கடிகாரத்தை விட பல மடங்கு துல்லியமானவை. இந்தக் கடிகாரங்கள் அண்ணளவாக செக்கனுக்கும் குறைவான அளவே 50 மில்லியன் வருடத்தில் இழக்கும் என்றால் பார்த்துக்கொள்ளவும்!

அடிப்படையில் சீசியம் அணு ஒரு செக்கனுக்கு 9,192,631,770 தடவைகள் நுண்ணலைவீச்சில் துடிக்கும். அதனை அளப்பதன் மூலம் தான் சீசியம் அணுக்கடிகாரம் தொழிற்படுகிறது. சரி மேலும் தெளிவாகப் பார்க்கலாம் வாருங்கள்.

ஒவ்வொரு அணுவிலும் அணுக்கரு உண்டு. அதனில் அணுவின் ப்ரோடான் மற்றும் நியுட்ரோன் என்பன காணப்படும். அணுக்கருவைச் சுற்றி அணுவின் இலத்திரன்கள் பல்வேறு சக்திமட்டங்களில் சுற்றி வருகின்றன.

இந்த இலத்திரன்கள் குறிப்பிட்டளவு சக்தியை பெறுவதன் மூலமோ அல்லது இழப்பதன் மூலமோ அணுக்கருவை சுற்றிவரும் சக்தி மட்டங்களில் இருந்து அடுத்த சக்தி மட்டங்களுக்கு தாவும். சக்தியை பெறுவதன் மூலம் வெளிநோக்கிய சக்தி மட்டத்திற்கு, அதாவது அணுக்கருவில் இருந்து தொலைவிற்கு தாவமுடியும். சக்தியை இழப்பதன் மூலம் ஒரு சக்திமட்டம் உள்ளே வரமுடியும். அதாவது அணுக்கருவிற்கு அருகில்.

இப்படி இலத்திரன் ஒன்று பெரும் அல்லது இழக்கும் சக்தி மின்காந்தக் கதிர்வீச்சில் இடம்பெறுகிறது. அதாவது ஒளி அலை அல்லது நுண்ணலை. எந்த இடத்திலும் எப்போது அளந்தாலும் ஒரே விதமான சக்திமட்ட மாற்றம் நிகழும் போது ஒரே அளவான சக்தியே வெளிவிடப்படும் அல்லது உறுஞ்சப்படும்.

Nixie Tube கடிகாரம். இதற்கும் அணுக்கடிகாரங்களுக்கும் எந்த சம்பந்தமும் இல்லை!

எல்லா அலைகளையும் போலவே மின்காந்த கதிர்வீச்சுக்கும் அதிர்வெண் (frequency) உண்டு. சிம்பிளாக அதிர்வெண் பற்றிக் கூறவேண்டும் என்றால் ஒரு செக்கனில் எத்தனை முழு அலைகள் எழும்புகிறது என்பதே மீடிறன் எனலாம், அதாவது பெண்டுலம் உள்ள கடிகாரத்தில் ஒரு நிமிடத்திற்கு பெண்டுலம் எத்தனை முறை ஒரு பக்கத்திலிருந்து அடுத்த பக்கத்திற்கு சென்றுவருகிறது என்பதைப் போன்றது என்று கணக்கில் எடுத்துக்கொள்ளுங்கள். இந்த அதிர்வெண்ணை எம்மால் துல்லியமாக அளக்கமுடியும். எனவே ஒரு அணுவில் உள்ள இலத்திரன் ஒன்றின் சக்திமட்ட தாவலைக்கொண்டு எம்மால் ஒரு கடிகாரத்தை உருவாக்கமுடியும்.

சீசியம் அணு இங்கே எப்படி வருகிறது என்று பார்க்கலம். ஏற்கனவே சர்வதேச அலகில் ஒரு செக்கன் என்பது சீசியம் அணுவில்உள்ள இலத்திரன் ஒரு சக்திமட்டத்தில் இருந்து இன்னுமொரு சக்திமட்டத்திற்கு தாவும் வேலையில்  9,192,631,770 முறை இடம்பெறும் மின்காந்த கதிர்வீச்சின் துடிப்புகள்தான்! இதிலிருக்கும் பெரிய நன்மை, பிரபஞ்சத்தில் எங்கிருந்து அளந்தாலும் இந்த இலக்கம் மாற்றமடையப் போவதில்லை. எனவே சூரியனைச் சுற்றிவரும் பூமியை அடிப்படையாகக் கொண்டு நேரத்தை கணக்கிடுவதை விட, அணுவைக்கொண்டு கணக்கிடுவது சாலச்சிறந்தது.

அண்மைய காலங்களில் இசுட்ரோன்சியம், இட்டெர்பியம் போன்ற மூலக அணுக்கள் பயன்படுகின்றன. இவற்றின் அதிர்வுகள் சீசியம் அணுக்களை விட பல்லாயிரம் மடங்கு அதிகமாகக் காணப்படுவதுடன், இவற்றின் சக்திமட்ட மாற்றக்கதிர்வீச்சு கட்புலனாகும் ஒளியலைகளில் உருவாகிறது.

அதிகமான துடிப்புகள் என்றால் நேரத்தை அளப்பதன் துல்லியத் தன்மையும் அதிகரிக்கும் தானே!

தற்போதைய அணுக் கடிகாரங்களில் புதிய செய்தி என்னவென்றால் Lutetium எனும் மூலக அணு சீசியம் மற்றும் ருபெடியம் போன்ற அணுக்களைவிடப் பலமடங்கு ஸ்திரத் தன்மை கொண்டுள்ளதுடன் மற்றைய அணுக்களைவிட கடிகாரங்களுக்கு அதிக துல்லியத் தன்மையை கொடுக்கிறது.

சிங்கப்பூரில் இருக்கும் Centre for Quantum Technologies (CQT) இல் இருக்கும் ஆய்வாளர்கள் Lutetium அணுவைப் பயன்படுத்தி ஆய்வுகளை செய்துள்ளனர்.

மேலும் Lutetium இல் இருக்கும் அடுத்த முக்கிய அம்சம், வெப்பநிலை, அழுத்தமாற்றங்கள் மிக மிகச் சொற்ப அளவிலேயே இதனைப் பாதிக்கிறது. எனவே விண்வெளியிலும் Lutetium அணுக் கடிகாரம் சூப்பராக வேலைசெய்யும்.

மிகத் துல்லியமாக நேரத்தை அளவிடுவது பல்வேறு விடயங்களுக்கு முக்கியமாக கருதப்படுகிறது. ஈர்புவிசையை, ஒளியின் வேகத்தை என்று பல விடையங்களை துல்லியமாக அளக்க இது அவசியம்.

Lutetium ஐ பயன்படுத்தி அணுக் கடிகாரத்தை உருவாக இன்னும் சில ஆய்வுகள் செய்யவேண்டி உள்ளது. வெகு விரைவில் புதிய அணுக் கடிகாரம் உருவாக்கப்படும் என்று இதன் ஆய்வாளர்கள் கூறுகிறனர்.