Przełom w technologii zegarów jądrowych zapowiada niezrównaną precyzję pomiaru czasu.

WarsawNaukowcy z JILA, instytutu badawczego powiązanego z NIST oraz Uniwersytetem Kolorado w Boulder, dokonali postępów w dziedzinie zegarów jądrowych, zwiększając precyzję pomiaru czasu. W przeciwieństwie do zegarów atomowych, które wykorzystują zmiany poziomów energii elektronów, zegary jądrowe mierzą zmiany poziomów energii w jądrze atomu, które zawiera protony i neutrony.

Naukowcy przedstawili kluczowe elementy tego zegara jądrowego z wykorzystaniem toru-229. Osiągnęli to poprzez:

Wykorzystanie specjalnie zaprojektowanego lasera ultrafioletowego do pomiaru częstotliwości skoku energii w jądrze toru osadzonym w stałym krysztale. Użycie optycznego grzebienia częstotliwości do zliczania liczby cykli fali ultrafioletowej związanych z tym skokiem energii. Ustanowienie bezpośredniego połączenia częstotliwości między przejściem jądrowym toru a zegarem atomowym opartym na strontie.

Nowa technologia obiecuje niezwykle precyzyjne mierzenie czasu. Obecne zegary atomowe, kluczowe dla GPS, synchronizacji internetowej i transakcji finansowych, mogą okazać się mniej dokładne w porównaniu do zegarów jądrowych. Ta poprawa może prowadzić do lepszych systemów nawigacyjnych, szybszego internetu i bezpieczniejszej komunikacji cyfrowej.

Zegary jądrowe cechują się większą odpornością na zewnętrzne zakłócenia niż zegary atomowe. W zegarach atomowych elektrony są podatne na wpływ pól elektromagnetycznych, podczas gdy przejścia jądrowe są na te pola mniej wrażliwe. Dodatkowo, zegary jądrowe mierzą czas z większą precyzją, ponieważ działają przy wyższej częstotliwości dzięki szybszym zmianom energii.

Zobacz również:

Dzisiaj · 02:19

Dieta owocowa wzmacnia odporność wirusową nietoperzy

Tworzenie koherentnych promieni X dla przejść jądrowych jest trudne. Jednak tor-229 jest wyjątkowy, ponieważ jego przejście może być wywołane światłem ultrafioletowym, które jest łatwiejsze do wygenerowania w laboratorium. Ostatnie eksperymenty skutecznie zaobserwowały i wykorzystały to przejście, co przybliża nas do opracowania zegarów jądrowych.

Badania ujawniły nowe szczegóły dotyczące kształtu jądra toru, pokazując wysoki poziom precyzji, jaki można osiągnąć dzięki tej nowej technologii. Niewidoczne wcześniej cechy jądra toru dostarczają wiedzy, która może zmienić sposób prowadzenia podstawowych eksperymentów fizycznych. Na przykład zegary jądrowe mogłyby pomóc w wykrywaniu ciemnej materii lub potwierdzeniu stabilności podstawowych stałych natury, co zazwyczaj jest zadaniem dużych akceleratorów cząstek.

Nowy rodzaj przenośnego i niezawodnego zegara atomowego jest opracowywany przez naukowców. Badany jest sposób wykorzystania toru osadzonego w kryształowej strukturze do budowy tych urządzeń. Ta metoda jest obiecująca, ponieważ jądro toru jest mniej podatne na wpływy zewnętrzne. Fizyk Jun Ye z NIST i JILA wspomniał, że chociaż zegarek na rękę, który pozostaje dokładny przez miliardy lat, jeszcze nie jest możliwy, to jednak badania w tym kierunku czynią znaczne postępy.

Poprawiona dokładność zegarów może przynieść istotne postępy w wielu dziedzinach, takich jak transport, komunikacja i fizyka teoretyczna. Może to otworzyć drogę dla znaczących przełomów w tych obszarach, na które wpływ miałaby lepsza precyzja pomiaru czasu.