Замислите часовник који откуцава тако равномерно да не губи ни секунду, чак ни након што је радио милијарду година.
Научници су сада ближе него икад тој прецизности у мерењу времена, показало је ново истраживање. Такав би уређај увелике надмашио атомске сатове који одређују секунде кроз контролисане скокове енергије у електронима атома и тренутно су врхунац точности. У атомским сатовима сигнали који побуђују атоме осцилирају на фреквенцији од милијарду пута у секунди, пише CNN.
Истраживачи су недавно усавршили технику која ће повећати ову тачност покретањем и мерењем осцилација у још сложенијој мети – језгру атома. Користили су ултраљубичасто светло (UV) за побуђивање нуклеарних честица у атому торијума-229 уграђеном у чврсти кристал. Затим су измерили фреквенцију енергетских импулса који утичу на језгро – што је еквивалент клатну у у обичном сату – бројећи таласе у UV сигналу алатом који се зове оптички фреквенцијски чешаљ. Изазивање енергетских скокова у језгру захтева много вишу фреквенцију сигнала него што је потребна за атомске сатове. С више таласних циклуса у секунди очекује се да ће овај приступ тачније мерити време.
Иако је још увијек у развоју, такав сат могао би трансформисати не само мерење времена већ и проучавање физике и утицати, чак, и на то како научници истражују устројство свемира. Прототип је већ сада тачан као атомски сат, а очекује се да ће будуће верзије бити прецизније и стабилније, према истраживању објављеном недавно у часопису Nature. „Будући да су истраживачи показали да је могуће произвести и измерити те сигнале, постоји много ствари које можемо погурати да бисмо додатно побољшали тачност”, рекао је главни аутор студије Чуанкун Џанг, студент у JILA истраживачком центру који финанцирају Универзитет Колорадо у Болдеру и Национални институт за стандарде и технологију.
Побољшања би укључила подешавање и фреквенције ласера који гађају језгро. „Овај рад доиста означава еру нуклеарног сата”, изјавила је др Олга Kохаровскаја, професорка физике на Тексашком универзитету А&М која није била укључена у истраживање. Она и други истраживачи тестирали су 2023. језгра атома скандијума-45 као могуће кандидате за нуклеарни сат. У то време ови атоми произвели су најснажнију енергетску транзицију – и мерљив пулс – икад виђену у језгру, али нови резултати торијума-229 генериаали су јачи сигнал и били су стабилнији, истиче Kохаровскаја и додаје: „Нема сумње да је такав сат изводљив и да ће ускоро бити израђен”.
У атомским сатовима електрони атома су изложени електромагнетском зрачењу на одређеним фреквенцијама. Налети енергије побуђују електроне, гурајући их у вишу орбиту око атома. Осцилације које покрећу прелазе електрона означавају проток времена. Поузданост атомских сатова далеко је већа него свакодневних који мере секунде у вибрацијама кварцних кристала, који су склони испадању из синхронизације. Деценијама су се атомски сатови користили у GPS технологијама за проучавање свемира и за мерење међународног времена. Међутим, атомски сатови су, такође, осетљиви на губитак синхронизације. Електромагнетске сметње могу пореметити побуђене електроне и утицати на прецизност мерења времена.
Честице у језгру атома, с друге стране, теже је пореметити од електрона. Протони и неутрони чврсто су повезани снажном нуклеарном силом – најјачом од свих фундаменталних сила. Таласне дужине које могу индуковати прелаз језгра осцилирају на вишим фреквенцијама, омогућујући прецизнија мерења времена. Пре ове студије било је неколико важних открића у развоју нуклеарних сатова. До првог открића дошло је 1976. Показало се да је језгро торијума јединствено ниске енергије и да се може гурнути у побуђено стање вакуумским ултраљубичастим (VUV) ласерским светлом. До 2003. научници су мислили да би изотоп торијума-229 био добар кандидат за нуклеарне сатове јер је торијуму потребно мање енергије за побуђивање језгра од већине других врста атома.
„Наш рад надограђује се на то. Успели смо побудити нуклеарни прелаз и разне прелазне енергије”, објаснио је Џанг, додавши да су резултати били око милион пута прецизнији од претходних мерења. Тачност и стабилност атомских сатова већ су истраживачима дали важне алате за проучавање потреса, гравитационих поља и простор-времена. Нуклеарни сатови били би не само прецизнији него и једноставнији и преносивији јер, за разлику од атомских, не би захтевали услове високог вакуума, екстремно хлађење и моћну заштиту од магнетских и електричних поремећаја.
Само проучавање физике могло би се револуционисати коришћењем нуклеарних сатова уз атомске, сматра Џанг. Праћење и поређење односа фреквенција у двие врсте сатова временом би помогли н ауч ницима да утврде јесу ли фундаменталне физичке константе доиста константне као што се чине или се померају у размерама које су раније биле премале за мерење. Техника упареног сата могла би променити проучавање тамне материје, мистериозне твари која чини 80% свемира, а никада није непосредно мерена. Неки научници су сугерисали да тамна твар ступа у интеракцију с честицама као што су електрони, кваркови и глуони, али у количинама које се тренутно не могу детектовати. „Желимо да видимо да ли би тамна могла могла комуницирати са атомским језгром на другачији начин у поређњу са електронском орбитом у атому. Ако се однос прелазне фреквенције нуклеарног и атомског сата мења временом, то би био показатељ нове физике”, нагласио је Џанг.
(Илустрација Steven Burrows and Ye Group/JILA)
(Индекс)
