بہت زیادہ چارج شدہ آئن کائنات میں مادے کی ایک عام شکل ہیں۔ وہ نام نہاد ہیں کیونکہ انہوں نے بہت سے الیکٹران کھو دیے ہیں اور ان کا مثبت چارج زیادہ ہے۔ یہی وجہ ہے کہ غیر جانبدار یا کمزور چارج والے ایٹموں کی نسبت بیرونی ترین الیکٹران جوہری مرکز کے ساتھ زیادہ مضبوطی سے جڑے ہوتے ہیں۔
نتیجے کے طور پر، انتہائی چارج شدہ آئنوں پر کم رد عمل ظاہر ہوتا ہے۔ برقی مداخلت بیرونی دنیا سے لیکن کے بنیادی اثرات کے لیے زیادہ حساسیت پیدا کریں۔ کوانٹم الیکٹروڈینامکس، خصوصی اضافیت، اور جوہری مرکز.
اب، Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) کے کوئسٹ انسٹی ٹیوٹ کے محققین، کے تعاون سے میکس پلانک انسٹی ٹیوٹ نیوکلیئر فزکس (MPIK) اور TU Braunschweig اور QuantumFrontiers Cluster of Excellence کے دائرہ کار کے لیے، پہلی بار انتہائی چارج شدہ آئنوں پر مبنی آپٹیکل اٹامک کلاک کا احساس ہوا ہے۔ اس قسم کا آئن خود کو ایسی ایپلی کیشن کے لیے قرض دیتا ہے کیونکہ اس میں غیر معمولی جوہری خصوصیات اور بیرونی برقی مقناطیسی شعبوں کے لیے کم حساسیت ہوتی ہے۔
پی ٹی بی کے ماہر طبیعیات لوکاس سپی نے کہا، "لہذا، ہم توقع کرتے تھے کہ ایک آپٹیکل ایٹمی گھڑی انتہائی چارج شدہ آئنوں کے ساتھ ہمیں ان بنیادی نظریات کو بہتر طور پر جانچنے میں مدد ملے گی۔ یہ امید پہلے ہی پوری ہو چکی ہے: ہم پانچ الیکٹران سسٹم میں کوانٹم الیکٹروڈائنامک نیوکلیئر ریکوئل، ایک اہم نظریاتی پیشین گوئی کا پتہ لگا سکتے ہیں، جو اس سے پہلے کسی دوسرے تجربے میں حاصل نہیں کیا گیا تھا۔
اس سے پہلے، ٹیم کو مخصوص بنیادی مسائل کے حل تلاش کرنے کے لیے برسوں تک کام کرنا پڑتا تھا، جیسے کہ کھوج اور ٹھنڈک: جوہری گھڑیوں کے لیے، کسی کو ذرات کو زیادہ سے زیادہ روکنے کے لیے ان کو نمایاں طور پر ٹھنڈا کرنے کی ضرورت ہوتی ہے اور پھر آرام سے ان کی تعدد کو پڑھنا پڑتا ہے۔ لیکن انتہائی چارج شدہ آئنوں کی پیداوار کے لیے پیداوار کی ضرورت ہوتی ہے۔ بہت گرم پلازما. ہائی چارجڈ آئنوں کو ان کی غیر معمولی جوہری ساخت کی وجہ سے لیزر لائٹ سے براہ راست ٹھنڈا نہیں کیا جا سکتا اور نہ ہی روایتی تکنیکوں کے ذریعے ان کا پتہ لگایا جا سکتا ہے۔
Heidelberg میں MPIK اور PTB میں QUEST انسٹی ٹیوٹ کے درمیان تعاون نے ایک ہی زیادہ چارج شدہ آرگن آئن کو گرم پلازما سے الگ کر کے اور اسے ایک ہی چارج شدہ بیریلیم آئن کے ساتھ آئن ٹریپ میں محفوظ کر کے اس مسئلے کو حل کیا۔
نتیجے کے طور پر، انتہائی چارج شدہ آئن کو بالواسطہ طور پر ٹھنڈا کیا جا سکتا ہے اور بیریلیم آئن کا استعمال کرتے ہوئے تجزیہ کیا جا سکتا ہے۔ اس کے بعد، بعد کے تجربات کے لیے، MPIK میں ایک اپ گریڈ شدہ کرائیوجینک ٹریپ سسٹم تیار کیا گیا اور PTB پر ختم کیا گیا، جسے جزوی طور پر اداروں کے درمیان تبدیل ہونے والے طلباء کے ذریعے انجام دیا گیا۔ اس کے بعد، پی ٹی بی میں تیار کیا گیا ایک کوانٹم الگورتھم کوانٹم مکینیکل زمینی حالت کے قریب، زیادہ چارج شدہ آئن کو مزید ٹھنڈا کرنے میں کامیاب ہوا۔ یہ مطلق صفر سے اوپر کیلون کے 200 ملینویں درجہ حرارت کے مساوی ہے۔
سائنسدانوں نے اب ایک قدم آگے بڑھایا ہے: انہوں نے تیرہ گنا چارج شدہ آرگن آئنوں پر مبنی آپٹیکل ایٹمک کلاک کو محسوس کیا ہے اور پی ٹی بی میں موجود یٹربیم آئن کلاک سے ٹک ٹک کا موازنہ کیا ہے۔ اس کو پورا کرنے کے لیے، انہیں انتہائی چارج شدہ آئن کی حرکت اور بیرونی مداخلت کے شعبوں کے اثرات جیسی چیزوں کو سمجھنے کے لیے نظام کا اچھی طرح سے تجزیہ کرنا پڑا۔ انہوں نے 2 میں 1017 حصوں کی پیمائش کی غلطی حاصل کی، جو اب استعمال میں کئی آپٹیکل ایٹمک گھڑیوں کے برابر ہے۔
ریسرچ گروپ لیڈر پیٹ شمٹ نے کہا, "ہم تکنیکی بہتریوں کے ذریعے غیر یقینی صورتحال میں مزید کمی کی توقع رکھتے ہیں، جو ہمیں بہترین کی حد میں لے آئے گی۔ جوہری گھڑیاں".
اس طرح، اب استعمال میں نظری جوہری گھڑیوں کے علاوہ، محققین نے مثال کے طور پر، غیر جانبدار سٹرونٹیم ایٹموں یا انفرادی یٹربیم آئنوں پر مبنی ایک نیا طریقہ تیار کیا ہے۔ استعمال کی جانے والی تکنیکیں انتہائی چارج شدہ آئنوں کی وسیع اقسام کے مطالعہ کو قابل بناتی ہیں اور عالمی سطح پر قابل اطلاق ہیں۔
پارٹیکل فزکس کے معیاری ماڈل کو ایٹم سسٹم کا استعمال کرتے ہوئے بڑھایا جا سکتا ہے۔ دیگر انتہائی چارج شدہ آئن خاص طور پر ٹھیک ڈھانچے میں تغیرات اور کچھ تاریک مادّے کے امیدواروں کے لیے حساس ہوتے ہیں جو معیاری ماڈل سے باہر تھیوریوں میں درکار ہوتے ہیں لیکن پہلے کی تکنیکوں سے ناقابل شناخت تھے۔
جرنل حوالہ:
- SA King, LJ Spieß, P. Micke, et al: نئی ونڈو میں ایکسٹرنل لنک کھولتا ہےایک آپٹیکل ایٹم کلاک جو کہ انتہائی چارج شدہ آئن پر مبنی ہے۔ فطرت، قدرت (2022)، DOI: 10.1038/s41586-022-05245-4
