Zegary nuklearne zbliżają się do rzeczywistości dzięki nowym odkryciom w dziedzinie fizyki

Zegary nuklearne są dokładniejsze od zegarów atomowych.

Uważa się, że zegar jądrowy jest o wiele bardziej zaawansowany niż zegar atomowy, który określa czas trwania sekundy na podstawie skoków energii w elektronach atomów. Obecnie jest to szczytowe osiągnięcie w dziedzinie pomiaru czasu.

Jednak ostatnio naukowcy opracowali technikę, która może zwiększyć tę precyzję poprzez wyzwalanie i pomiar oscylacji w jeszcze trudniejszym celu: jądrze atomu (jądro to rdzeń atomu).

Jak działa zegar jądrowy: Naukowcy mierzą częstotliwość impulsów energii, które wpływają na jądro atomu, zliczając długości fal w sygnale UV. Długości fal mogą powodować oscylacje przejść jądrowych z wyższymi częstotliwościami, co pozwala na dokładniejsze odmierzanie czasu. Zdjęcie: Narodowy Instytut Norm i Technologii

W przypadku zegara jądrowego naukowcy wykorzystali światło ultrafioletowe do wzbudzenia jąder atomu toru-229 w stałym krysztale. Następnie zmierzyli częstotliwość impulsów energii uderzających w jądro – odpowiednik wahadła w konwencjonalnym zegarze – i zliczyli długości fal w świetle ultrafioletowym za pomocą narzędzia zwanego grzebieniem częstotliwości optycznych.

Generowanie skoków energii w jądrach atomowych wymaga sygnału o znacznie wyższej częstotliwości niż ten używany w zegarach atomowych. Przy większej liczbie cykli fal na sekundę, metoda ta ma zapewnić dokładniejsze pomiary czasu.

Chociaż prace nad zegarem nuklearnym wciąż trwają, naukowcy zdają sobie sprawę, że może on zmienić nie tylko pomiar czasu, ale także badania fizyczne, a nawet wpłynąć na sposób, w jaki naukowcy badają strukturę wszechświata.

Według badań opublikowanych 4 września w czasopiśmie Nature prototyp jest już tak dokładny, jak zegar atomowy, a przyszłe wersje mają być jeszcze dokładniejsze i stabilniejsze.

„Istnieje kilka czynników, które możemy wykorzystać w celu zwiększenia dokładności” – powiedział główny autor Chuankun Zhang, student studiów podyplomowych w JILA, ośrodku badawczym finansowanym przez University of Colorado Boulder i Narodowy Instytut Norm i Technologii.

Rewolucja fizyczna?

Jak wiadomo, dokładność zegarów atomowych jest znacznie wyższa niż zegarów konwencjonalnych. Od dziesięcioleci zegary atomowe są wykorzystywane w technologii GPS do eksploracji kosmosu i międzynarodowego pomiaru czasu.

Ponadto precyzja i stabilność zegarów atomowych zapewniły naukowcom ważne narzędzia do badania trzęsień ziemi, pól grawitacyjnych i czasoprzestrzeni.

Aby zegar jądrowy działał, naukowcy użyli światła ultrafioletowego do wzbudzenia jąder atomów toru-229. Zdjęcie: JILA

Jednak zegary atomowe są również podatne na desynchronizację. Zakłócenia elektromagnetyczne mogą zaburzyć pracę wzbudzonych elektronów i wpłynąć na dokładność pomiaru czasu, mówi Zhang.

Jak powiedziała dr Olga Kocharowskaja, emerytowana profesor fizyki na Texas A&M University, która nie brała udziału w badaniach, pola te najprawdopodobniej zostaną „pobudzone”.

Zegary nuklearne są nie tylko dokładniejsze, ale też prostsze i bardziej przenośne – dodała – ponieważ w przeciwieństwie do zegarów atomowych nie wymagają warunków wysokiej próżni, ekstremalnego chłodzenia ani ekranowania przed zakłóceniami magnetycznymi i elektrycznymi.

Zdaniem naukowców, mimo że wiele czynników musi jeszcze zostać spełnionych, zanim zegary jądrowe prześcigną zegary atomowe lub je zastąpią, to jednak odkrycia te pokazują, że czas ten nie jest odległy.

Ha Trang (według CNN)

Źródło: https://www.congluan.vn/dong-ho-hat-nhan-den-gan-thuc-te-nho-nhung-dot-pha-vat-ly-moi-post312059.html