Cienkie filmy torowe mogą zrewolucjonizować precyzję i dostępność zegarów atomowych
WarsawNaukowcy z UCLA poczynili postępy w ulepszaniu zegarów atomowych, stosując cienkie filmy z toru-229 zamiast tradycyjnych kryształów domieszkowanych torem. Ta zmiana pomaga przezwyciężyć problemy związane z niedoborem i większą radioaktywnością kryształów toru. Użycie cienkich filmów toru-229 może sprawić, że zegary atomowe staną się mniejsze, tańsze i bardziej dostępne.
Folie z toru-229 mają istotne zalety: charakteryzują się niską radioaktywnością, co czyni je bezpieczniejszymi w użyciu. Można je produkować w dużych ilościach i przy niższych kosztach. Zapewniają stabilne środowisko dla jąder atomowych, co zwiększa precyzję.
Zegary atomowe działają, monitorując drgania atomów. Obecnie używane zegary atomowe zamykają atomy w komorach próżniowych i schładzają je, aby osiągnąć precyzyjny pomiar czasu. Te rozwiązania są jednak duże i skomplikowane. Cienkie warstwy Toru-229 mogą stanowić mniejsze i prostsze rozwiązanie, wykorzystując zmiany energetyczne w jądrze atomowym, które zachodzą znacznie szybciej. Taki „zegary jądrowy” mógłby ustanowić nowe standardy precyzji w mierzeniu czasu. Dzięki lepszej stabilności i dokładności jego zastosowanie mogłoby być wartościowe w wielu dziedzinach nauki i przemysłu.
Zegary oparte na torze robią więcej niż tylko odmierzanie czasu; umożliwiają naukowcom badanie podstawowych praw fizyki. Dzięki szczegółowej spektroskopii jądrowej badacze mogą analizować interakcje zachodzące w jądrach atomowych. Ta dogłębna analiza może pomóc w testowaniu obecnych teorii dotyczących materii i energii, a nawet prowadzić do nowych odkryć naukowych.
Zegary torowe opierające się na torze mogą znacząco usprawnić nawigację satelitarną, telekomunikację oraz handel wysokiej częstotliwości, oferując lepszą precyzję i stabilność. To może prowadzić do znacznych ulepszeń w tych dziedzinach. W miarę doskonalenia metod produkcji filmów torowych mogą się one stać niezbędne dla technologii wymagających największej dokładności pomiaru czasu.
Technologia filmu torowego może prowadzić do przyszłości, w której możliwe i przydatne w codziennym życiu stanie się utrzymywanie niezwykle precyzyjnego czasu. To nowe osiągnięcie może poprawić badania naukowe i różnorodne zastosowania biznesowe, przewyższając możliwości obecnych zegarów atomowych.
Badanie jest publikowane tutaj:
http://dx.doi.org/10.1038/s41586-024-08256-5i jego oficjalne cytowanie - w tym autorzy i czasopismo - to
Chuankun Zhang, Lars von der Wense, Jack F. Doyle, Jacob S. Higgins, Tian Ooi, Hans U. Friebel, Jun Ye, R. Elwell, J. E. S. Terhune, H. W. T. Morgan, A. N. Alexandrova, H. B. Tran Tan, Andrei Derevianko, Eric R. Hudson. 229ThF4 thin films for solid-state nuclear clocks. Nature, 2024; 636 (8043): 603 DOI: 10.1038/s41586-024-08256-5Udostępnij ten artykuł