Bilim adamları Neden Nükleer Bir Saat Kuruyor? Çünkü Atomik Saatler Mükemmel Değil

Zamanı doğru tutan bir saat inşa etme görevi tamamen saat işine benzemez. Normal saatler, günlük pratik ihtiyaçlar için bize oldukça iyi hizmet etmemize yardımcı olur, ancak hassas ölçümlere dayalı bilimsel araştırma ve teknoloji, zamanın geçişini en hassas şekilde ölçebilen saatler gerektirir. Böylece, bilim insanları atomik saatler icat ettiler - ve geleneksel sistemlere göre zaman ayırma konusunda daha doğru olsalar da, iyileştirme için önemli bir alan kaldı. Şimdi, bilim adamları atom dünyasından nükleer dünyaya doğru ilerliyorlar. 'De yayınlanan yeni bir çalışma Doğa Alman fizikçilerinin 20 milyar yılda bir saniyenin onda birinden daha azını kaybedebilecek bir kronometre geliştirdiğini gösteriyor. Bu - nasıl baktığınıza bağlı olarak - mevcut atom teknolojilerinden 10 kat daha iyi

Ancak, atomik saatlerin kullanılmadığına karar vermeden önce, onları sarkacının dikkat çeken atalarından farklı kılan şeyleri düşünelim.

Her saat zamanı takip etmek için bir rezonatör kullanır. Bir rezonatör, sadeleştirme uğruna, düzenli olarak “keneler” yapan bir mekanizmadır. Eski saatler bir sarkaç ve rezonatör olarak dişliler kullandı. Dijital saatler, güç hattı üzerindeki salınımları veya rezonatör olarak bir kuvars kristalini kullanır. Atomik bir saat, atomların kendi rezonans frekanslarını rezonatör olarak kullanarak bu fikri birkaç adım ileri götürür. Bu sistemde rezonatör, bir atomun kuantum geçişi tarafından yayılan elektromanyetik radyasyonla düzenlenir. Başka bir deyişle, bir atom saati, bir atom partikülündeki enerjik değişiklikleri ölçerek zamanı takip eder.

Bazı elementler ve izotopları için bu, tutarlı frekanslarda olur. Örneğin sezyum-133, saniyede tam olarak 9,192,631,770 döngüde salınır. Bu nedenle, ilk atom saatini 1955’de, İngiltere’deki Ulusal Fiziksel Laboratuar’da yapmak için kullanıldı.

O zamandan beri, bazı teknolojik gelişmeler daha doğru atomik saatlere yol açmıştır - atomların lazerle soğutulması ve yakalanması, daha hassas lazer spektroskopisi ve daha tutarlı rezonans frekansları sergileyen diğer izotopik elementlerin bulunması. En doğru atom saati için mevcut kayıt tutucu, ytterbiyum iyonları üzerindeki okumalara dayanır.

Atomik saatlerin bu kadar kritik olmasının nedeni, saatlerin zamanı farklı yüksekliklerde farklı ölçtüğü gerçeğiyle ilgilidir. Bir saatin ana yer çekimi kaynağından ne kadar uzak olursa, o zaman daha hızlı geçer (yani bir saat Everest Dağı'nda deniz seviyesinden daha hızlı çalışır). Fark görünüşte ihmal edilebilir, ancak daha fazla zaman geçtikçe artırabilir.

Günümüzde teknolojimizin çoğu, GPS gibi küresel uygulamalar olarak çalışmaktadır. Nerede olurlarsa olsunlar, aynı anda koşmalarını sağlamak için doğrudan doğru bir saate bağlı olmaları gerekir. Bunu sağlamak için atomik saatleri standart olarak kullanmaktan daha iyi bir yol yoktur. Son araştırmada, Alman araştırma ekibi, elementin atom çekirdeğinin kendisinin salınımlarını doğrudan ölçmek için bir fikri ortaya koyuyor (çekirdeği çevreleyen elektronların aksine). Bu tasarıma dayanan bir atom saati dış kuvvetlerden etkilenmekten kaçınabilir. Araştırma ekibi, toryum izotopunda (Th-229m) çalışabilecek bir uyarma durumu tanımlar ve bu görüşü destekleyen deneysel bulguları gösterir.

Sadece bir sorun var: Th-229m doğal olarak oluşmuyor. Her ne kadar yeni çalışmanın sonuçları yine de etkileyici olsa da, araştırmacıların nükleer bir saat oluşturmak ve sürdürmek için Th-229m'den yeterince hasat yapabilecekleri net değil. Araştırmacılar bu durumda Th-229m'yi uranyum-233'ü kaynak olarak kullanarak elde etmişlerdir. Kolay bir işlem değil.

Bilim adamları bu küçük sorunu nasıl çözeceklerini ve sürdürülebilir miktarda Th-229m üreteceklerini anlarlarsa, kuşkusuz dünyayı çevreleyen ve daha fazla teknoloji geliştirirken önemli bir rol oynayacak yeni nesil atomik saatlere bakıyoruz. dünyanın her köşesindeki insanlara hizmet vermektedir.