Çığır Açan Buluş: Bilim İnsanları Dünyanın İlk Nükleer Saat Prototipini Yarattı

Fizikçilerden oluşan bir ekip, bir stronsiyum atom saatini toryum çekirdeği içeren bir kristalle birleştirerek, bizi tam olarak gerçekleştirilmiş ve geliştirilmiş ilk nükleer saate götürecek temel teknolojiyi başarıyla ortaya koydu.

Henüz ulaşılmamış olan bu kilometre taşı, ultra hassas zaman ölçümü için yepyeni bir alan açacaktır.

“Bu ilk prototip ile şunu kanıtladık: Viyana Teknoloji Üniversitesi'nden fizikçi Thorsten Strumm, toryumun ultra yüksek hassasiyetli ölçümler için bir zaman tutucu olarak kullanılabileceğini kanıtladık” diyor.

“Geriye kalan tek şey teknik geliştirme çalışmalarıdır ve başka büyük engeller beklenmemektedir.”

Bir atom saati, atom çekirdeğinin etrafında dönen elektronların durumları tarafından belirlendiği üzere, bir lazer tarafından uyarıldıklarında enerji durumları arasında geçiş yapan atomların çok hassas 'tik tak'larına dayanan bir saattir.

Ancak bunu çekirdeğin kendisiyle başarmak çok daha zordur, çünkü çekirdeğin enerji durumunu değiştirmek elektronların enerji durumunu değiştirmekten çok daha fazla enerji gerektirir.

Yine de nükleer bir saat, atomik bir saatten çok daha kararlı ve hassas olacağından oldukça arzu edilir. Buna karşılık, bir nükleer saat fiziksel Evren'in daha hassas ölçümlerini mümkün kılacaktır - ki bunun navigasyondan karanlık madde arayışına kadar her şey için etkileri vardır.

Bu yılın başlarında bir toryum çekirdeğinin enerji sıçramasının - enerji durumları arasındaki farkın - ölçümü duyuruldu. Bu da Strumm ve meslektaşlarının, bir nükleer saatin işleyeceği mekanizma olan enerji durumlarındaki değişimi yaratmak için gereken kesin enerjiyi belirlemelerine olanak sağladı.

Bir sonraki adım, bu tik taklardan bir saat yaratabileceklerini göstermekti ve Strumm ve meslektaşları şimdi bunu yaptılar.

Gösterdikleri saat tam bir nükleer saat deneyimi değil, ancak bu yöndeki ilk adımlar. Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü JILA'daki stronsiyum saati kızılötesi ışık kullanılarak çalıştırılıyor.

Ekip, enerji durumları vakum ultraviyole ışığı kullanılarak değiştirilen toryum çekirdekleri içeren küçük bir kalsiyum florür kristali yarattı.

Kristali atom saatine bağlamak için araştırmacıların kızılötesi ışığı morötesine dönüştürmenin bir yolunu bulmaları gerekiyordu. Bunu, kızılötesi dalga boylarından oluşan bir frekans tarağı oluşturarak ve bunu morötesi dalga boyları yaymak için kızılötesi ışıkla etkileşime giren ksenon gazından geçirerek yaptılar.

 

Sonuç, toryum çekirdeklerinin geçişini uyarabilen ve bunu stronsiyum atomlarının tik taklarıyla senkronize edebilen birleşik bir frekans tarağıydı.

Ortaya çıkan nükleer tik taklar stronsiyum atom saatinden daha hassas değil, ancak araştırmacılar artık temel konseptin kanıtlandığını, gerçek teknolojinin görünürde olduğunu ve tam olarak gerçekleşmeye çok yakın olduğunu söylüyor.

“Milyarlarca yıl boyunca çalışır durumda bıraksanız bile bir saniye bile kaybetmeyecek bir kol saati hayal edin. Henüz o noktaya gelmemiş olsak da, bu araştırma bizi o hassasiyet düzeyine yaklaştırıyor” diyor JILA'dan fizikçi Jun Ye.

Ekip deneylerini birçok kez gerçekleştirdi; her seferinde bir atom saatiyle tutarlı sonuçlar elde ettiler. Bir sonraki adım bunu iyileştirmek olacak.

“Geçişi ilk kez uyardığımızda, frekansı birkaç gigahertz içinde belirleyebildik. Bu zaten daha önce bilinen her şeyden bin kat daha iyiydi. Ancak şimdi, yine bir milyon kat daha iyi olan kilohertz aralığında hassasiyete sahibiz” diyor Schumm.

“Bu şekilde, 2-3 yıl içinde en iyi atom saatlerini geçmeyi umuyoruz.”

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.