Framtiden med kompakta och bärbara atomklockor

StockholmForskare arbetar med att utveckla kärnklockor, en ny typ av mycket exakt tidsmätare. Dessa klockor använder de naturliga vibrationerna hos atomkärnor, särskilt från isotopen 229 Th, för att mäta tid med större precision än vanliga atomklockor. Isotopen 229 Th är unik eftersom den har lång livslängd och kräver lite energi för att förändra tillstånd, vilket gör den lämplig för kärnoptiska klockor. För att göra kärnklockor till verklighet studerar forskare 229 Th-isotopens grundläggande egenskaper och utvecklar nya sätt att effektivt kontrollera dessa tillstånd.

Utvecklingen av funktionella kärnkraftsoptiska klockor kräver flera viktiga steg.

• Förstå grundläggande egenskaper hos 229 Th.
• Utveckla tekniker för att manipulera kärntillstånd.
• Syntetisera material som kan hysa isotopen.
• Demonstrera kontrollerad excitation och sönderfall.

Ett forskarlag vid Okayama University, lett av biträdande professor Takahiro Hiraki, har framgångsrikt skapat VUV-transparenta CaF2-kristaller dopade med 229 Th. De har visat att det är möjligt att kontrollera populationen av den isomeriska tillståndet med hjälp av röntgenstrålning, vilket är ett viktigt steg mot utvecklingen av en kärnklocka i fast tillstånd. Genom att hantera kärntillstånd med röntgenstrålar och initiera radiativt sönderfall, kan forskare nu effektivt justera positionen av det isomeriska tillståndet. Denna upptäckt är betydelsefull eftersom den medger exakt kontroll över kärnövergångar.

Möjliga användningsområden och bredare konsekvenser

Läs också:

Idag · 10:29

Uråldriga revarkitekter överlevde massutrotning och blomstrade vidare

Kärnklockor har potential att göra mycket mer än att bara mäta tid med hög precision. Förväntningarna är stora på att de kommer att förbättra flera teknologier och vetenskapliga områden. Exempelvis kan de öka noggrannheten i GPS-system. Dessutom finns möjligheter att utveckla bärbara gravitationssensorer, vilket kan få stor betydelse inom områden som geofysik och utforskning av rymden.

Atomklockor har betydelse inom grundläggande fysikforskning. Deras noggrannhet gör det möjligt för forskare att undersöka om fysikaliska konstanters värden håller sig oförändrade över tid. Sådana undersökningar skulle kunna avslöja om konstanter som den starka strukturen konstant varierar, vilket kan utmana nuvarande teorier och ge insikter om den dunkla energin i universum.

Kärnklockor handlar inte bara om ökad precision; de öppnar också dörrarna till nya fysiska upptäckter. När detta område utvecklas, kan vår förståelse för tiden och universum förändras, vilket kommer att påverka både teknik och vetenskap. Att kombinera kärnfysik med tidmätning markerar en ny era av utforskning, där dessa små och bärbara klockor blir viktiga för såväl vardagliga prylar som avancerad forskning.