இப்படித் தொடங்கிய அணு கடிகார கட்டு அமைப்பு இன்று ஏராளமாக முன்னேறிவிட்டது. 1952 –ல் நிஸ்ட் (National Institute for Standards – NIST) என்ற அமெரிக்க ஆய்வு அமைப்பு, முதல் அணு கடிகாரத்தை அறிவித்தது. 1967 –ல், ஒரு சர்வதேச நியம கருத்தரங்கில், (International Standards Conference) உலகம் முதன் முறையாக, எந்த வான கோள், நட்சத்திரம் சம்மந்தப்பட்ட நேரமும் தேவையில்லை என்று முடிவெடுத்தது. அணு கடிகாரங்கள், கோளங்கள், நட்சத்திரங்களை விட துல்லியமானவை என்று ஒப்புக் கொள்ளப்பட்டது. 1952 –ல் உருவாக்கப்பட்ட அணு கடிகாரம் NBS-1 என்று அழைக்கப்பட்டது. படிப்படியாக, 1975-ல், NBS-6 என்ற அணு கடிகாரம் 300,000 வருடங்களுக்கு ஒரு நொடி இழக்கும் அளவிற்கு துல்லியமாகியது. 1999-ல், NIST-F1 என்ற அணு கடிகாரம் மேலும் துல்லியத்தை இன்னும் கூட்டியது – இம்முறை, இரண்டு கோடி வருடங்களில் 1 நொடி இழக்கும் அளவிற்கு துல்லியம் இன்னும் கூடியது.

இன்று, நிஸ்ட், சரியான நேரத்தை வட அமெரிக்க கண்டம் முழுவதும், ஒரு ரேடியோ நிலயம் மூலம் ஒலிப்ரப்புகிறது. பல நவீன கடிகாரங்களில் இந்த நிஸ்ட்டின் குறிகையை பெற்று நேரத்தை சரி செய்து கொள்ளும் வசதி வந்துவிட்டது. இவ்வகை கடிகாரங்களைவிட மிகத் துல்லியமானவை முன்னே நாம் சொன்ன ஜி.பி.எஸ். கருவிகள். இவை, பறக்கும் செயற்கைகோளில் உள்ள அணு கடிகாரத்திடம் நேரத்தை உடனே பெற்று விடுகின்றன. இன்று (2013), அடுத்த துல்லிய அளவு அணு கடிகாரங்களை நிஸ்ட் உருவாக்கத் தொடங்கிவிட்டது. அடுத்த அணு கடிகாரங்கள் எப்படி வேலை செய்யும்? இதன் துல்லியம் என்ன?

• ஏறத்தாழ -273 டிகிரி குளிரில் வேலை செய்கின்றன. அதாவது, 0 டிகிரி கெல்வினுக்கு இம்மி அளவில் (இதை 10 மைக்ரோ கெல்வின் என்கிறார்கள்) யெட்ட்ர்பியம் (ytterbium) என்ற தனிமத்தின் அணுக்களை குளிர்விக்கப் படுகின்றன
• லேசர் ஒளிக்கற்றினால் உருவாக்கப்பட்ட அமைப்பில் (laser driven lattice) யெட்ட்ர்பியம் அணுக்கள் பிடித்து வைகப்படுகின்றன. இதை laser atomic trapping என்கிறார்கள்
• ஒரு 10,000 அணுக்கள் கொண்ட இந்த அமைப்பில். இன்னொரு துல்லிய லேசர், யெட்ட்ர்பியமின் சக்தியளவை கூட்டுகிறது
• சக்தியளவு கூடிய அணுக்கள், பழைய ஸ்திர நிலயை அடைவதை எண்ணப் படுகிறது.
• இதனால் இருபது கோடி ஆண்டுகளுக்கு ஒரு நொடி இழக்கும் துல்லியத்தை அடையலாம் என்று விஞ்ஞானிகள் கணக்கிட்டுள்ளார்கள். இது, முந்தய சாதனையைவிட 10 மடங்கு முன்னேற்றம்

இன்றைய ஆராய்ச்சி, எப்படி நேர அளவு துல்லியத்தை உயர்த்துவது என்பதோடு நிற்காமல், எப்படி அணு கடிகாரங்களை மிகச் சிறிய அளவில் உருவாக்குவது என்பதிலும் கவனம் செலுத்தி வருகிறது. இவற்றை CSAC (Chip Scale Atomic Clocks) என்கிறார்கள். இன்னொரு முக்கிய முன்னேற்றத்தையும் நாம் எதிர்பார்க்கலாம் – ஜி.பி.எஸ் ஏற்பிகளின் துல்லியத்தை 3 செயற்கைகோளை வைத்து இன்னும் முன்னேற்ற முடியாதா? இன்று 4 செயற்கை கோளுடன் தொடர்பு தேவைப்படுகிறது.

இவ்வகை CSAC பற்றிய ஒரு அழகான விடியோ இங்கே…

இதுவரை விளக்கிய அணு கடிகாரங்கள் மிகவும் சிக்கலானவை, மற்றும் மிகவும் உயர் தொழில்நுட்பம் தேவையானவை. சரி, அப்படி என்ன நமக்குத் துல்லியத் தேவை? சரியாக ஒரு நாட்டிற்கு நேரம் சொல்வது ஒரு முக்கிய சேவை,. இதைத் தவிர வேறு எதற்காக இத்தனை மெனக்கிட வேண்டும்?

முதலில், இப்படிப்பட்ட அணுகடிகாரங்கள் ராணுவ மையங்களுடன் நெருங்கிய தொடர்பு கொண்டவை. ராணுவ தேவையில்லாமல் இத்தனை பணம் யாரும் செலவழிக்க மாட்டார்கள். இத்தனை துல்லியத்தில் என்ன பயன்பாடுகள் இருக்கலாம்?

முதலாவதாக, அமெரிக்க மற்றும் மேற்கத்திய ராணுவங்கள், தங்களுடைய ஒவ்வொரு ராணுவ வீரர் மற்றும் எந்திரங்களின் நடமாட்டத்தை கணினி வயல்கள் மூலம் கடந்த 5 ஆண்டு காலமாக கண்காணிக்கத் தொடங்கிவிட்டார்கள். ஈராக் போரில், இந்தத் தொழில்நுட்பம் பிரபலமடைந்தது. இவ்வகை கண்காணிப்பு மூலம், மின்னணுவியல் மூலம் படையமைப்பைக் கூட முடிவெடுக்கலாம்; மாற்றவும் செய்யலாம். ஆனால், இதில் உள்ள சிக்கல் என்னவென்றால், ஒரு வீரர் மற்றும் எந்திரத்தின் இடம் சம்மந்தப்பட்ட விவரங்கள் பகை நாட்டவருக்கு தெரியாமல் இருக்க வேண்டும்; மிகவும் துல்லியமாகவும் இருக்க வேண்டும். ஜி.பி.எஸ். மூலம் இதைச் செய்தால், பகை நாட்டவருக்கும் செளகரியம்! அணு கடிகாரங்கள் தாங்கிய முன்னணி நிலயங்கள் குறியீடாக்கம் (encrypted time and data signal) செய்த குறிகை மூலம் இதைச் செய்கிறார்கள். இதனால், ராணுவ வீரர் மற்றும் எந்திரத்தின் இடம் ரகசியமாக பகைவருக்கு கையில் சிக்குவதில்லை. ஏன் மிகச் சிறிய அணு கடிகாரங்களுக்காக ராணுவங்கள் துடிக்கின்றன என்று புரிந்திருக்கலாம்!

இதே போல, தானியங்கி விமானங்கள் (Drones) மிகத்துல்லியமாக தன்னுடைய நிலையை கண்காணிக்கும் தளத்திற்கு தெரிவிக்க வேண்டும். தாக்கப்பட வேண்டிய குறியின் (strike target) நிலையையும் சரியாக கணிக்க வேண்டும். இதற்கெல்லாம் அடிப்படை துல்லியமான, ஆனால், மிகச் சிறிய அணு கடிகாரம். தானியங்கி விமானங்கள் மிகவும் சிறியதாக, எடை குறைவானதாக இருக்க வேண்டும். இவை எடுத்துச் செல்லும் ஆயுதங்களும் சன்னமானதாக, ஆனால் மிகவும் துல்லியமானதாக இருக்க வேண்டும்.

எவ்வளவுதான் முயன்றாலும், ஆயுதங்களை ஓரளவிற்கு மேல், எடை குறைக்க முடியாது. மற்ற தேவைகளான, வேகம், துல்லியம் எல்லாம் மிகவும் குறைந்த எடையில் ராணுவங்களுக்கு வேண்டும். இவ்வகை விமானங்கள் பற்றிய கட்டுரையை ‘சொல்வனத்தில்’, எதிர்காலத்தில் எதிர்பார்க்கலாம். தானியங்கி விமானங்கள், மூன்று பெரும் தொழில்நுட்பங்களை நம்பியுள்ளது – ஒன்று, வானில் 20,200 கி.மீ. தொலைவில் பறக்கும் ஜி.பி.எஸ். செயற்கை கோள் அமைப்பு; இரண்டு, விமானத்தில் பொறுத்தப்பட்ட துல்லிய காமிரா கண்கள்; மூன்று, முதல் இரண்டிலிருந்து வரும் குறிகைகளை உபயோகிக்கும் சக்தி வாய்ந்த கணினி. இவ்வகை தானியங்கி விமானங்கள், ஏராளமாக இன்னும் 20 ஆண்டுகளில் போரில் உபயோகிக்கப்படும் என்று பரவலாக நம்ப்ப்படுகிறது. எத்தனை ராணுவ வீரர்கள் போரில் உயிரிழந்தார்கள் என்று பாராளுமன்றத்திற்கு பதில் சொல்ல எந்த அரசியல்வாதிக்குத்தான் ஆசை?

ராணுவம் அல்லாத சாதாரண வாழ்க்கைக்கும் அணு கடிகாரங்கள் உதவுகின்றன.

முதலாவதாக மின்சக்தி பகிர்ந்து அளித்தல் (electrical power distribution) என்பதற்கு மிகவும் அவசியம் துல்லிய நேர அளவிடல். இதற்கும், மின்வெட்டிற்கும் எந்த சம்மந்தமும் இல்லை! இன்று, வளர்ந்த நாடுகளில், மின்சக்தி வியாபாரம், தனியார் நிறுவங்களால், மிகவும் திறமையாக செய்யப்பட்டு வருகிறது. ஒரு நாளின் நேரத்தை, சில கூறுகளாய் (segment) பிரிக்கிறார்கள். உதாரணத்திற்கு, காலை 9 மணி முதல், மாலை 5 மணி வரை ஒரு கூறு. இந்தக் கூறில், மிக அதிகமாக மின்சாரம் உபயோகிக்கப்படுகிறது. எல்லா அலுவலகங்களும், தொழிற்சாலைகளும், பள்ளிகளும் இயங்க மின்சாரம் தேவைப்படுகிறது. இந்த கூறில் மின்சாரத்தில் விலை மற்ற கூறை விட அதிகம். தங்களுடைய தேவைக்கேற்ப, மின்சார பகிர்ந்தளிக்கும் நிறுவன்ங்கள், ஒன்றை ஒன்று சார்ந்து, வாங்கி விற்கும் ஒப்ப்ந்தங்களை நம்பியிருக்கின்றன. இதில் ஒரு நொடி, அங்கு இங்கு என்றால், சில மில்லியன் டாலர்கள் இழப்பு ஏற்படலாம். அத்துடன், மின் வலையமைப்புக்குள், மின்சாரம் எப்படி ஒரு மாநிலத்திலிருந்து இன்னொன்றிற்கு பாய்கிறது என்பதற்கும் இந்தத் துல்லியம் மிகவும் தேவையான ஒன்று. சில பல மெகாவாட்டுக்கள் கை மாறும் பொழுது, இத்துல்லியத்தின் விளைவு புரிந்திருக்கலாம்.

நிறுவனங்களின் பங்குகளை வாங்கி, விற்போருக்கு இது நிச்சயம் தெரிந்திருக்கும். மாலை 4 மணியானால், நீங்கள் யாராக இருந்தாலும், பங்குகளை வாங்கி விற்க முடியாது. வாங்கி விற்கும், ஒவ்வொரு நிமிடமும், மணி நேரமும், எத்தனை பங்குகள் கை மாறின, எத்தனை பணம் கை மாறியது என்ற கணக்கை ’பங்கு பரிமாற்ற அமைப்புகள்’ (stock exchange) கொடுத்த வண்ணம் இருக்கின்றன. பங்கு பரிமாற்ற அமைப்புகளின் கணினிகள், நேரத் துல்லியத்தை நம்பியுள்ளன. உதாரணத்திற்கு, நியூ யார்கில் உள்ள NASDAQ என்ற பங்கு பரிமாற்ற சந்தை நொடி ஒன்றிற்கு 80,000 நடவடிக்கைகள் நடக்கின்றன (transactions). ஒவ்வொரு நடவடிக்கையும், 10 பங்குகளை, சராசரியாக வாங்கி விற்கிறார்கள் என்று வைத்துக் கொண்டால், நொடிக்கு 800,000 பங்குகள் கை மாறுகின்றன. பங்கின் சராசரி விலை 5 டாலர்கள் என்று கொண்டால், 4 மில்லியன் டாலர்கள், 1 நொடி, அப்படி இப்படி இருந்தால் விரயமாகும். துல்லியத்தின் தேவை ஏன் பங்கு பரிமாற்ற அமைப்புகளுக்கு தேவை என்று தெளிவாகியிருக்கும்.

நமக்கெல்லாம் பரிச்சயமான செல்பேசிக்கும், துல்லிய அணு கடிகாரங்களுக்கும் சம்மந்தம் இருக்கிறது. இன்று, மிக வேகமாக நகரும் ரயில்களில் செல்பேசிகளை பயன்படுத்துகிறோம். ஜப்பானில், 400 கி.மீ. வேகத்தில் பயணிக்கும் ரயில்களில் செல்லில் பேசி, எழுதி, வலை மேய்கிறார்கள். இது எப்படி சாத்தியம்? ரயிலின் வேகத்தில், செல்களை சில மில்லி நொடிகளுக்குள் மாற்ற வேண்டும்; அதுவும், இன்றைய செல்பேசிகள், ஒரே சமயத்தில் பல தொடர்புகளுடன் இயங்கும் வல்லமை படைத்தவை. செல் டவர்கள் தங்களுடைய குறிகைகளை (signal) அடுத்த டவருக்கு மாற்ற வேண்டும். சில ஆயிரம் செல்பேசிகளின் இந்த டவர் மாற்றம், மிகவும் சிக்கலானது மட்டுமல்ல, துல்லிய நேர சவால். இதை சரியாகச் செய்யவில்லை என்றால், குறிகை இழந்து மீண்டும் அத்தனை தொடர்புகளையும் அடுத்த செல் டவர் வருவதற்குள் உருவாக்க வேண்டும். ஒவ்வொரு டவரையும் துல்லிய நேர ஒருங்கிணைப்பு (time synchronization) செய்வது ஒரு அடிப்படை தேவையாகிறது. அதி வேகப் பயணம் என்றவுடன் GSM4 தேவையாகிறது. GSM4 -கிற்கு அணு கடிகாரத் துல்லியம் தேவையாகிறது.

உதாரணத்திற்கு, அதிவேக ஜப்பானிய ரயிலை எடுத்துக் கொள்வோம்:

1. 400 கி.மீ. வேகத்தில் போகும் ரயில், ஒரு நொடிக்கு 11 மீட்டர் அல்லது 36 அடி பயணிக்கிறது.
2. ஒரு செல் நிலையத்திலிருந்து, அடுத்த செல் நிலையத்திற்கு மாற்ற 5 நொடிகள் தேவைப்பட்டால், இதை ஒரு 0.2 மைக்ரோ நொடி மாற்றமாகப் பார்க்க வேண்டும்
3. இவ்வளவு சிறிய 0.2 மைக்ரோ நொடி (ஒரு நொடியில் 10 லட்சம்) சில ஆயிரம் நுகர்வோரை ஒரே நேரத்தில் சேவை அளிக்கும் போது, அணு கடிகாரத் துல்லியம் ஒன்றே செல் கம்பெனிகளைக் காப்பாற்றுகிறது

துல்லிய அணு கடிகாரங்கள் எதிர்காலத்தில் மோதல் தவிர்க்கும் முயற்சிகளிலும் (collision avoidance) கார்களில் உபயோகப்படும் என்று நம்பப்படுகிறது.

அடுத்த பகுதியில், அணு கடிகாரங்களின் துல்லியமும் அணு பெளதிக தொடர்பையும் சற்று அலசுவோம்.