Miért építenek a tudósok nukleáris órát? Mivel az Atom órák nem tökéletesek

Az óra pontos rögzítésének feladata teljesen ellentétes az óraművel. A normál órák nagyon jól szolgálják a mindennapi gyakorlati igényeket, de az érzékeny méréseken alapuló tudományos kutatások és technológiák olyan órákat igényelnek, amelyek képesek az idő múlását pontosan mérni. Így a tudósok atomi órákat találtak - és bár pontosabbak az időmegtartás, mint a hagyományos rendszerek, jelentős javulás maradt. Most a tudósok az atomvilágról a nukleáris világra mozognak. Új tanulmányt tettek közzé Természet azt mutatja, hogy a német fizikusok kifejlesztettek egy időmérőt, amely 20 milliárd év alatt egy másodperc kevesebbet veszíthet. Ez - attól függően, hogyan nézel rá - 10-szer jobb, mint a jelenlegi atomtechnológiák

De mielőtt az atom órákat elavulnánk, gondoljuk meg, mi teszi őket különböznek az inga-flaunting elődöktől.

Minden óra rezonátort használ az idő nyomon követésére. A rezonátor olyan mechanizmus, amely az egyszerűsítés érdekében rendszeresen „kullancs”. A régi órák ingó és fogaskerekeket használtak rezonátorként. A digitális órák rezonátorként használják az áramvezeték vagy a kvarckristály rezgését. Egy atomóra ezt az elképzelést néhány lépéssel előre látja, ha az atomok rezonanciafrekvenciáit használják rezonátorként. Ebben a rendszerben a rezonátort az atom kvantumátmenete által kibocsátott elektromágneses sugárzás szabályozza. Más szavakkal, egy atomóra figyelemmel kíséri az időt az atom részecske energetikai változásainak mérésével.

Egyes elemek és izotópjaik esetében ez állandó frekvenciákon történik. A cézium-133 például pontosan 9,192,631,770 ciklusonként oszcillál. Ezért használták fel 1955-ben az Egyesült Királyságban az Országos Fizikai Laboratóriumban az első atomórát.

Azóta számos technológiai fejlődés vezetett pontosabb atomi órákhoz - beleértve a lézeres hűtést és az atomok csapdázását, pontosabb lézeres spektroszkópiát, és más, még következetesebb rezonancia frekvenciákat mutató izotópelemeket. Az aktuális rekordtartó a legpontosabb atomi órabázis-mérésekre az yterterium ionokon.

Az atomi órák annyira kritikus oka, hogy az órák eltérő mértékben mérik az időt. Minél messzebb van egy óra a fő gravitációs forrástól, annál gyorsabb az idő (vagyis az óra gyorsabban fut az Everest-i hegynél, mint a tenger szintjén). A különbség látszólag elhanyagolható, de összeadódhat, ahogy több idő múl.

Technológiánk nagy része ezekben a napokban globális alkalmazásokként működik, mint például a GPS. Annak biztosítása érdekében, hogy ugyanabban az időben működjenek, függetlenül attól, hogy hol van valaki, közvetlenül a pontos órához kell kötniük. Nincs jobb módja annak, hogy biztosítsuk, hogy az atomi órákat standardként használjuk. A legutóbbi tanulmányban a német kutatócsoport felvázolja azt az elképzelést, hogy közvetlenül az elem atommagjainak ingadozásait mérjük (szemben a magot körülvevő elektronokkal). Az ezen a terven alapuló atomóra elkerülheti a külső erők befolyásolását. A kutatócsoport gerjesztési állapotot azonosít a tórium izotópjában (Th-229m), amely működhet -, és bemutatja a kísérletet, amely támogatja ezt a fogalmat.

Csak egy probléma van: a Th-229m nem fordul elő természetesen. Annak ellenére, hogy az új tanulmány eredményei mégis lenyűgözőek, nem világos, hogy pontosan hogyan tudják a kutatók elegendő mennyiségű Th-229m-t betakarítani egy nukleáris óra építéséhez és fenntartásához. A kutatók ebben az esetben Th-229m-t nyertek az urán-233 használatával. Ez nem könnyű folyamat.

Ha a tudósok kitalálják, hogyan oldják meg ezt a kis problémát, és fenntartható mennyiségű Th-229m-et generálnak, egy olyan új atomi órák generációját vizsgáljuk, amelyek kétségtelenül fontos szerepet fognak játszani, miközben egyre több technológiát építünk, amely a világot és szolgálja az embereket a világ minden sarkában.