ब्रह्मांड का सबसे ठंडा स्थान

एचएमएस पर्सुअर पर सवार एक्वार्क टीम। साभार: एक्वार्क

ब्रिटेन की एक कंपनी ने अपनी परमाणु घड़ी में क्वांटम तकनीक का उपयोग करते हुए माइनस 273.149996°C का तापमान हासिल कर लिया है, जिससे ब्रह्मांड का सबसे ठंडा स्थान बन गया है। यह एक पुरानी समस्या का अत्याधुनिक समाधान है: उपग्रह प्रणालियों के समर्थन के बिना समुद्र में सटीक नेविगेशन।

एक्वार्क टेक्नोलॉजीज के सह-संस्थापक और मुख्य परिचालन अधिकारी, अलेक्जेंडर जैंटजेन बताते हैं: “18वीं शताब्दी की शुरुआत में, नेविगेशन के दौरान अक्षांश का पता क्षितिज के ऊपर स्थित ज्ञात दूर के तारों की स्थिति को देखकर लगाया जाता था, लेकिन देशांतर एक खतरनाक रहस्य बना हुआ था। देशांतर की समस्या इस तथ्य से उत्पन्न होती है कि हमारा ग्रह घूमता है, और समुद्र में होने पर हमारे पास तुलना करने के लिए कोई निश्चित संदर्भ बिंदु नहीं होता है।”

इस समस्या का समाधान 1735 में मिला जब जॉन हैरिसन ने पहला व्यावहारिक समुद्री कालमापी विकसित किया।

जैंटजेन कहते हैं, "नेविगेशन की सटीकता का समाधान सटीक समय निर्धारण था - और आज भी है।" "हैरिसन ने देशांतर की समस्या को हल किया और दिखाया कि क्रोनोमीटर (उस समय का सबसे विश्वसनीय समयमापी यंत्र) से सटीक स्थिति निर्धारण कैसे संभव था। उन्होंने किसी ज्ञात स्थान - जैसे कि वह स्थान जहाँ से जहाज रवाना हुआ था - के समय की तुलना उस स्थान के समय से की जहाँ जहाज स्थित था। दोपहर के समय में अंतर जानने से जहाज को अपनी देशांतरीय स्थिति का सटीक अनुमान लगाने में मदद मिली।"

1980 के दशक तक, ग्लोबल नेविगेशन सैटेलाइट सिस्टम (जीएनएसएस सहित) में उपग्रह नेविगेशन प्रणालियों ने व्यावहारिक नेविगेशन के लिए क्रोनोमीटर को काफी हद तक अप्रचलित कर दिया था, क्योंकि सटीक नेविगेशन के लिए आवश्यक समय संकेत ज्यादातर जीएनएसएस उपग्रहों पर परमाणु घड़ियों से आते थे।

यदि जीएनएसएस बाधित हो जाता है, तो परमाणु घड़ियाँ विश्वसनीय रूप से काम करती रहती हैं, जीएनएसएस पहुँच बहाल होने तक एक स्थिर समय संकेत प्रदान करती हैं, क्योंकि वे एक अत्यंत सटीक, विश्वसनीय और निरंतर टिकिंग प्रदान करती हैं जिसमें हस्तक्षेप नहीं किया जा सकता है।

"समुद्र में, स्पूफिंग का पता लगाना आपके टाइमिंग संदर्भ पर निर्भर करता है। ब्रिज सिस्टम को एक सटीक संदर्भ स्रोत की आवश्यकता होती है। जब सब ठीक होता है, तो पोत के ब्रिज पोजीशन, नेविगेशन और टाइमिंग (पीएनटी) सिस्टम में परमाणु घड़ी के समान 'टिक' की आवाज आती है। लेकिन जब किसी जीएनएसएस रिसीवर में स्पूफिंग होती है, तो संदर्भ 'टिक' की तुलना में उसकी टाइमिंग तेज हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप अविश्वसनीय स्थिति डेटा और खतरनाक नेविगेशन त्रुटियां हो सकती हैं यदि स्पूफिंग का पता नहीं चलता है," जैंटजेन कहते हैं।

"PNT की मजबूती तब हासिल की जा सकती है जब सिस्टम एटॉमिक क्लॉक और GNSS के टिक के बीच अंतर का पता लगाता है। सिस्टम स्पूफिंग के दौरान एटॉमिक क्लॉक के टाइम सिग्नल पर स्विच कर सकता है और टाइमकीपिंग का अंतर खत्म होने पर GNSS पर वापस आ जाएगा।"

“आजकल सबसे सटीक टाइमिंग सिस्टम क्वांटम मैकेनिक्स द्वारा परिभाषित परमाणुओं के प्राकृतिक और स्थिर आवृत्ति गुणों को मापते हैं और उनका उपयोग अपेक्षित बिंदु (आमतौर पर 10 मेगाहर्ट्ज ऑसिलेटर) से विचलन को ठीक करने के लिए करते हैं,” जैंटजेन कहते हैं। “उच्चतम सटीकता प्राप्त करने के लिए, शोर को दूर करने और यादृच्छिक भिन्नताओं को औसत करने के लिए आपको यथासंभव लंबे समय तक परमाणु तक बिना किसी बाधा के पहुंचना होगा। एक्वार्क में, हम परमाणुओं को लेजर द्वारा पूर्ण शून्य के करीब ठंडा करके ऐसा करते हैं।”

एक्वार्क द्वारा प्राप्त अत्यधिक तापमान पर, परमाणु की प्राकृतिक क्वांटम "टिक" को लंबे समय तक मापा जा सकता है, क्योंकि परमाणुओं की प्राकृतिक गति लगभग 10,000 गुना धीमी होकर 290 मीटर/सेकंड से 34 मिलीमीटर/सेकंड हो जाती है। घड़ी की आवृत्ति की लगातार परमाणु आवृत्ति से तुलना की जाती है और आवश्यकता पड़ने पर स्वचालित रूप से समायोजित की जाती है, जिससे जीएनएसएस द्वारा आमतौर पर प्रदान किए जाने वाले टाइमिंग सिग्नल से किसी भी सुधार की आवश्यकता के बिना इसकी दीर्घकालिक विचलन कम हो जाती है।

एक्वार्क यूके में निर्मित पहली व्यावसायिक रूप से उपलब्ध परमाणु घड़ी है। क्रेडिट: एक्वार्क

जून 2025 में, एक्वार्क ने रॉयल नेवी के साथ साझेदारी करते हुए एचएमएस पर्सुअर पर तीन दिवसीय समुद्री परीक्षण के लिए एसीलॉक को तैनात किया। यह परीक्षण अपनी तरह का पहला परीक्षण था, जिसमें खुले समुद्र में एसीलॉक की स्थिरता का परीक्षण किया गया। परीक्षणों के दौरान, कोल्ड-एटम क्लॉक लगातार काम करती रही और पोत के निरंतर हिलने-डुलने के बावजूद, जीएनएसएस से किसी सुधार की आवश्यकता के बिना सटीक समय प्रदान करती रही।

एक्वार्क ने नेशनल ओशनोग्राफी सेंटर ऑटोसब लॉन्ग रेंज स्वायत्त जलमग्न वाहन पर अपने एक्वेस्ट कोल्ड एटम ट्रैप का पहला जलमग्न परीक्षण किया है। क्रेडिट: एक्वार्क

एक्वार्क ने नेशनल ओशनोग्राफी सेंटर ऑटोसब लॉन्ग रेंज स्वायत्त जलमग्न वाहन पर गतिशील परिस्थितियों में अपने एक्वेस्ट कोल्ड एटम ट्रैप (एक्यूलॉक का एक प्रमुख घटक) का पहला जलमग्न परीक्षण भी किया। एकत्रित डेटा ने विभिन्न तापमानों और दबावों पर सिस्टम के व्यवहार और मजबूती के बारे में प्रदर्शन मापदंड प्रदान किए।

“इस परीक्षण की खासियत यह है कि परमाणुओं को लेजर से ठंडा करना ऐतिहासिक रूप से तभी संभव रहा है जब किसी सिस्टम को बाहरी बाधाओं से सावधानीपूर्वक अलग रखा जाए, जो कि सूखी जमीन पर अपने आप में एक बड़ी इंजीनियरिंग चुनौती है। इसलिए हमारी मुख्य तकनीक - सुपर-मोलासेस ट्रैप - को पानी के अंदर काम करते हुए देखना और अति-शीतित परमाणु बादल बनते देखना एक बड़ी उपलब्धि थी।”

2019 में साउथेम्प्टन विश्वविद्यालय में खोजा गया, AQlock द्वारा उपयोग किया जाने वाला सुपर-मोलासेस ट्रैप ठंडे परमाणुओं को बनाने की आजमाई हुई विधि को एक बहुत ही सरल सेटअप में बदल देता है, जिसके लिए केवल लेजर प्रकाश की सही ज्यामिति और अति-उच्च निर्वात (अंतरिक्ष के बराबर दबाव) की आवश्यकता होती है। इसकी विशिष्टता यह है कि इसे किसी सहायक चुंबकीय क्षेत्र की आवश्यकता नहीं होती है।

जैंटजेन का कहना है कि इंजीनियरिंग के लिहाज़ से इसके महत्व को कम करके आंकना मुश्किल है, क्योंकि इससे सिस्टम की लगभग 50% जटिलताएं दूर हो जाती हैं। यह परमाणुओं के उपयोग के तरीके को मौलिक रूप से बदल देता है और उस मार्ग का मार्ग प्रशस्त करता है जिसने लगभग चार दशकों से इस पूरे क्षेत्र का मार्गदर्शन किया है।

"सुपर-मोलासेस ट्रैप हमें क्वांटम सेंसिंग सिस्टम के आकार, वजन, लागत और बिजली की खपत को कम करने की अनुमति देता है।"

परमाणु घड़ियों के लिए अब तक यही मुख्य चुनौती रही है। वे जितनी अधिक सटीक होती हैं, उनका आकार उतना ही बढ़ जाता है। उच्च प्रदर्शन वाली और पारंपरिक कोल्ड-एटम प्रणालियाँ, जैसे कि मैग्नेटो-ऑप्टिकल ट्रैप, अभी भी भारी-भरकम, महंगी और प्रयोगशाला के बाहर अव्यावहारिक हैं।

एक्वार्क अब परिचालन, बुनियादी ढांचे, दूरसंचार, वित्त, परिवहन और कई अन्य क्षेत्रों में जीएनएसएस पर वैश्विक निर्भरता को कम करने के अपने लक्ष्य के करीब पहुंच रहा है। “शीत पदार्थ प्रौद्योगिकी हमारे काम का मूल आधार है – और समय इसका एक महत्वपूर्ण अनुप्रयोग मात्र है। भविष्य की मांग और नवाचार के साथ, एक्वार्क संभावित अनुप्रयोगों की पूरी श्रृंखला को संबोधित करने वाले शीत पदार्थ उपकरणों को विकसित करने के लिए अच्छी स्थिति में होगा। इनमें उन्नत नेविगेशन, जलमग्न अन्वेषण और पर्यावरण निगरानी के लिए गुरुत्वाकर्षण सेंसर के साथ-साथ रेडियो आवृत्ति और जड़त्वीय बल संवेदन में नई क्षमताएं शामिल हो सकती हैं।”

"आज लचीलेपन की स्पष्ट मांग है, हालांकि हमारा मानना है कि प्रौद्योगिकी का सबसे बड़ा उपयोग उन अनुप्रयोगों में है जिन्हें अभी साकार किया जाना बाकी है।"

“नेविगेशन की सटीकता का समाधान सटीक समय निर्धारण था – और आज भी है।” क्रेडिट: एक्वार्क