Powstaje pierwszy na świecie zegar jądrowy. Zmieni eksplorację kosmosu?

Specjaliści są zgodni, że dokonanie to jest kamieniem milowym, które otwiera zupełnie nową dziedzinę ultraprezycyjnego pomiaru czasu. Jak twierdzi fizyk Thorsten Strumm z Politechniki Wiedeńskiej: - Dzięki temu pierwszemu prototypowi udowodniliśmy, że tor może być używany jako chronometraż do bardzo precyzyjnych pomiarów.

Dodaje: - Wszystko, co pozostało do zrobienia, to prace nad rozwojem technicznym, bez większych przeszkód, których można by się spodziewać.

Zegar atomowy bazuje na niezwykle precyzyjnym "tykaniu atomów", które powstaje gdy atomy przełączają się między stanami energetycznymi po dokonanej stymulacji laserem (zgodnie ze stanami elektronów). Uzyskanie podobnego wyniku dla jąder atomów jest znacznie trudniejsze, gdyż zmiana jego stanu energetycznego wymaga wielkich ilości energii.

Jednakże dla badaczy istnienie zegara jądrowego byłoby niezwykle cenne, ponieważ jest on znacznie stabilniejszy i precyzyjniejszy, niż zegar atomowy. Pozwoliłby na niedostępne obecnie pomiary fizyczne Wszechświata. Mogłoby to skutkować poszerzeniem naszych horyzontów w zakresie od kosmicznej nawigacji po poszukiwanie ciemnej materii.

Badacze wskazują, że na początku tego roku dokonano pomiaru skoku energii (różnicy między stanami energetycznymi) jądra toru. To osiągniecie pozwoliło naukowcom na określenie dokładnej potrzebnej energii do wywołania zmiany stanów energetycznych - byłoby to "tykaniem zegara jądrowego".

Naukowcy zademonstrowali teraz pierwszy krok ku stworzeniu prawdziwego zegara jądrowego. W eksperymentach specjaliści opracowali kryształ fluorku wapnia, który zawierał jądra toru. Jego stany energetyczne były przełączane za pomocą światła ultrafioletowego.

Dalej badacze opracowali sposób na konwersję światła podczerwonego na ultrafioletowe, by połączyć kryształ z zegarem atomowym. Fale podczerwone zostały przepuszczone przez gaz ksenonowy, który z nim oddziałuje, przez co tworzy fale ultrafioletowe.

Całe przedsięwzięcie doprowadziło do wzbudzenia przejścia jąder toru i zsynchronizowania go z tykaniem atomów strontu w zegarze atomowym. Jak się okazuje, "nowe tykanie" nie jest precyzyjniejsze niż tykanie zegara atomowego, mimo to zademonstrowano nową podstawową koncepcję, czy rzeczywistą technologię, która pomoże w realizacji zegara jądrowego. Naukowcy zapewniają, że kolejnym krokiem będzie udoskonalenie tej technologii.

Jak mówi Thorsten Strumm: - Kiedy po raz pierwszy pobudziliśmy transformację, byliśmy w stanie określić częstotliwość z dokładnością do kilku gigaherców. Był to już efekt tysiąc razy lepszy niż wszystko, co było znane wcześniej. Teraz jednak mamy precyzję w zakresie kiloherców - co jest znowu milion razy lepsze. W ten sposób spodziewamy się prześcignąć najlepsze zegary atomowe w ciągu 2-3 lat.

Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie naukowym Nature.