Зашто научници граде нуклеарни сат? Зато што атомски сатови нису савршени

Задатак изградње сата који тачно чува време је потпуно другачији од сата. Нормални сатови нам добро служе за свакодневне практичне потребе, али научна истраживања и технологија заснована на осјетљивим мјерењима захтијевају сатове који могу мјерити пролазност времена с највећом прецизношћу. Према томе, научници су измислили атомске сатове - и док су они точнији у односу на конвенционалне системе, остало је значајан простор за побољшање. Сада, научници прелазе из атомског света у нуклеарни. Нова студија објављена у Природа показује да су немачки физичари развили сат који може да изгуби мање од десетине секунде на сваких 20 милијарди година. То је - у зависности од тога како гледате - 10 пута боље од тренутних атомских технологија

Али пре него што оборимо атомске сатове, размотримо шта их чини другачијим од предака који се машу клатном.

Сваки сат користи резонатор за праћење времена. Резонатор је механизам који, ради поједностављења, редовно „крпељи“. Стари сатови су користили клатно и зупчанике као резонатор. Дигитални сатови користе осцилације на далеководу или кристал кварца као резонатор. Атомски сат узима ову идеју неколико корака напред користећи резонантне фреквенције самих атома као резонатор. У овом систему, резонатор је регулисан електромагнетним зрачењем емитованим квантним прелазом атома. Другим речима, атомски сат прати време мерењем енергетских промена у атомској честици.

За неке елементе и њихове изотопе, то се дешава на конзистентним фреквенцијама. Цезиј-133, на пример, осцилира тачно 9,192,631,770 циклуса у секунди. Зато је 1955. године кориштен за изградњу првог атомског сата у Националној физичкој лабораторији у Великој Британији.

Од тада, бројна технолошка достигнућа довела су до прецизнијих атомских сатова - укључујући ласерско хлађење и хватање атома, прецизнију ласерску спектроскопију и проналажење других изотопских елемената који показују још конзистентније резонантне фреквенције. Тренутни рекордер за најтачније атомске сатове базира на очитавању јона итербијума.

Разлог због ког су атомски сатови толико критични је у томе што сатови различито мјере вријеме на различитим висинама. Што је сат више од главног извора гравитације, брже пролази време (тј. Сат ће тећи брже на планини Еверест него на нивоу мора). Разлика је наизглед занемарљива, али се може збројити као више времена.

Толико наших технологија данас функционише као глобалне апликације, као што је ГПС. Да би се осигурало да раде у исто време без обзира на то где се неко налази, они морају бити везани директно за тачан сат. Не постоји бољи начин да се осигура да се као стандард користе атомски сатови. У најновијој студији, немачки истраживачки тим описује идеју да се директно мере осцилације самог језгра атомског елемента (за разлику од електрона који окружују нуклеус). Атомски сат заснован на овом дизајну могао би да избегне утицај спољашњих сила. Истраживачки тим идентификује стање ексцитације у изотопу торијума, Тх-229м, који би могао да функционише - и илуструје експерименталне налазе који подржавају ову идеју.

Постоји само један проблем: Тх-229м се не јавља природно. Иако су резултати нове студије ипак импресивни, није сасвим јасно како истраживачи могу прикупити довољно Тх-229м за изградњу и одржавање нуклеарног сата. Истраживачи су извели Тх-229м у овом случају користећи извор ураниј-233. То није лак процес.

Ако научници схвате како ријешити тај мали проблем и генерирају одрживу количину Тх-229м, гледамо у нову генерацију атомских сатова који ће несумњиво играти важну улогу док градимо све више и више технологије која се протеже широм свијета и служи људима у сваком кутку света.