परमाणु घड़ियाँ और ब्रह्मांडीय स्थिरांक: हाइड्रोजन उत्सर्जन के माध्यम से प्रकाश की गति का नया मापन

आधुनिक विज्ञान ने मौलिक भौतिक स्थिरांकों के अंशांकन (कैलिब्रेशन) के लिए परमाणु घड़ियों का उपयोग करके माप विज्ञान में एक नया मील का पत्थर स्थापित किया है। हालिया शोध 21 सेंटीमीटर तरंगदैर्घ्य पर ठंडे हाइड्रोजन के उत्सर्जन से जुड़े एक संकीर्ण दायरे में प्रकाश की गति को मापने पर केंद्रित है। यह पद्धति न केवल प्रकाश की गति को सटीक रूप से निर्धारित करने की अनुमति देती है, बल्कि ब्रह्मांड के विस्तार और विद्युत चुम्बकीय अंतःक्रिया की शक्ति को नियंत्रित करने वाले तंत्रों का भी गहन अध्ययन करने का अवसर प्रदान करती है, जिसे फाइन-स्ट्रक्चर कॉन्स्टेंट (अल्फा) द्वारा दर्शाया जाता है।

इस प्रयोग का मूल सिद्धांत हाइड्रोजन परमाणु की मूलभूत अवस्था के दो अतिसूक्ष्म स्तरों के बीच संक्रमण से उत्पन्न उत्सर्जन का विश्लेषण करना है। यह संक्रमण, जिसे 21 सेंटीमीटर रेखा के रूप में जाना जाता है, रेडियो खगोल विज्ञान का आधार है, क्योंकि उदासीन हाइड्रोजन अंतरतारकीय पदार्थ का एक महत्वपूर्ण हिस्सा बनाता है। अनुमान है कि आकाशगंगाओं में कुल हाइड्रोजन का लगभग 80% हिस्सा यही है। इस उत्सर्जन की आवृत्ति लगभग 1420 मेगाहर्ट्ज (या 1.42 गीगाहर्ट्ज) है। वैज्ञानिकों का लक्ष्य फाइन-स्ट्रक्चर कॉन्स्टेंट के मान की गणना करना है, जो एक आयामहीन राशि है और विद्युत चुम्बकीय अंतःक्रिया की शक्ति को परिभाषित करती है, इसे अभूतपूर्व सटीकता के साथ मापना है।

समय या अंतरिक्ष में इस स्थिरांक में कोई भी उतार-चढ़ाव स्थापित ब्रह्मांडीय मॉडलों पर पुनर्विचार की मांग कर सकता है। इस स्थिरांक का अध्ययन अत्यंत महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह अरबों वर्षों से भौतिकी के नियमों की अपरिवर्तनीयता की परिकल्पना का परीक्षण करता है। मौजूदा वैज्ञानिक डेटा, जो दूरस्थ क्वासरों से आने वाले प्रकाश के विश्लेषण से प्राप्त होता है, जिसमें 13 बिलियन वर्षों तक का समय शामिल है, साथ ही पिछले तीन बिलियन वर्षों में एक मिलियनवें हिस्से तक की सटीकता के साथ कोई बदलाव नहीं दिखाने वाले शोध, इसकी स्थिरता की पुष्टि करते हैं। लैंडाउ और गैमोव जैसे भौतिकविदों के मन में मौलिक स्थिरांकों की संभावित परिवर्तनशीलता का विचार था, जो हमें यह देखने का अवसर देता है कि समय के भोर में विद्युत चुम्बकीय बल कैसे बदले होंगे।

21 सेंटीमीटर रेखा का चयन ब्रह्मांड में इसकी सर्वव्यापी उपस्थिति के कारण किया गया है। यद्यपि एक परमाणु में स्वतःस्फूर्त संक्रमण अत्यंत दुर्लभ होता है—औसतन 11 मिलियन वर्षों में एक बार—ब्रह्मांडीय बादलों में परमाणुओं की विशाल संख्या लंबी दूरी पर पंजीकरण के लिए पर्याप्त उत्सर्जन तीव्रता सुनिश्चित करती है। परमाणु घड़ियों का अनुप्रयोग आवश्यक मापकीय शुद्धता प्रदान करता है, जिससे वाद्य यंत्रों की उन त्रुटियों को समाप्त किया जा सकता है जो पिछले परिणामों को विकृत कर सकती थीं। इस तरह के सटीक माप वास्तविकता के ताने-बाने में सामंजस्य को दर्शाने वाले बैरोमीटर के रूप में कार्य करते हैं। प्रकाश की गति और फाइन-स्ट्रक्चर कॉन्स्टेंट के मापन में ऐसी सटीकता के लिए प्रयास करना ज्ञान के प्रति जिम्मेदारी का कार्य है, जो ब्रह्मांड के विकास की अधिक स्पष्ट दृष्टि बनाने की अनुमति देता है।