Nükleer saat geçişinden gelen fotonlar sonunda görüldü - Fizik Dünyası

İlk doğrudan ölçüm, potansiyel olarak bir “nükleer saatin” temelini oluşturabilecek toryum-229 nükleer geçişine ilişkin yapıldı. CERN'de gerçekleştirilen araştırma, geçişin varlığını doğrulayan ancak ortaya çıkan yayılan fotonu tespit etmeyen 2016 tarihli bir deneyi takip ediyor. Çalışan bir saatin üretilebilmesi için yapılması gereken çok iş var, ancak böyle bir cihazın mümkün olduğu kanıtlanırsa, temel fizik araştırmaları için önemli bir araç olabilir.

Günümüzün en doğru saatleri, stronsiyum veya iterbiyum gibi optik olarak hapsedilmiş atom topluluklarına dayanmaktadır. Son derece kararlı lazerler, belirli atomik geçişlerin frekanslarıyla rezonansa kilitlenir ve lazer salınımları, çok daha yüksek frekanslara ve dolayısıyla daha fazla hassasiyete rağmen etkili bir şekilde sarkaç salınımları gibi davranır. Bu saatler 1'da 10 parçaya kadar stabil olabilir²⁰Bu da, evrenin yaşı olan 10 milyar yıllık faaliyetin ardından yalnızca 13.7 ms kadar bir sürede sönecekleri anlamına geliyor.

Atomik saatler sadece mükemmel zaman tutucular değildir; fizikçiler bunları Einstein'ın genel görelilik teorisinin optik tuzaklara hapsolmuş atomlara nasıl uygulanacağı gibi bir dizi temel fenomeni incelemek için kullanmışlardır. Her zamankinden daha fazla hassasiyet ve daha derin içgörü arayışı içinde, 2003'te Ekkehard Peik ve Almanya Braunschweig'deki Physikalisch-technische Bundesanstalt'tan Christian Tamm, atomların elektronik enerji seviyelerini değil nükleer enerji seviyelerini sorgulayarak bir saat üretilebileceğini öne sürdüler.

Çok daha küçük anten

Böyle bir nükleer saat, dış gürültüden son derece iyi bir şekilde izole edilmiş olacaktır. “Bir atom 10 gibi bir şeydir^-10 m [çapraz]; bir çekirdek 10 gibi bir şeydir^-14 veya 10^-15 m” diye açıklıyor Sandro Kraemer Bu son araştırmaya katılan Belçika'daki KU Leuven'den. "Çekirdek, çevre için çok daha küçük bir antendir ve bu nedenle kaymalara çok daha az eğilimlidir."

Bu nedenle bir nükleer saat, elektromanyetik etkileşimin gücünü ölçen ince yapı sabiti gibi temel sabitlerin değerlerindeki varsayımsal, çok küçük zamansal değişimlerin mükemmel bir araştırması olabilir. Bu tür herhangi bir değişiklik, Standart Modelin ötesindeki fiziğe işaret edecektir. Dahası, nükleer bağlanma atomik benzerinden daha güçlüdür, dolayısıyla enerji seviyeleri arasındaki geçişler enerji açısından daha yüksektir ve daha yüksek frekanslı lazerlerle rezonansa girerek daha küçük bir değişikliğin tespit edilebilir olmasını sağlar.

Ancak bu iki ucu keskin bir kılıçtır çünkü nükleer geçişlerin çoğu, günümüz lazerlerinin üretebileceğinden çok daha yüksek frekanslarda meydana gelir. Bununla birlikte Toryum-229, temel durumun yaklaşık 8 eV üzerinde yarı kararlı bir uyarılmış duruma sahiptir; bu, vakum ultraviyolesinde bulunan bir geçiştir.

Uyarma için uygun

Kraemer, bu durumu harekete geçirmek için bir lazer oluşturmanın hemen hemen mümkün olması gerektiğini açıklıyor: "Bugün bildiğimiz 3000 kadar radyonükleus arasında, lazer uyarımı için uygun bir duruma sahip olduğunu bildiğimiz tek şey toryumdur."

Ancak öncelikle araştırmacıların geçişin tam sıklığını bilmesi gerekiyor. Aslında bozunma uzun süredir teori tarafından tahmin ediliyordu, ancak yayılan fotonu tespit etmeye yönelik girişimler başarısızlıkla sonuçlanmıştı. Ancak 2016 yılında Münih Ludwig Maximilian Üniversitesi'ndeki araştırmacılar dolaylı olarak varlığını doğruladı nükleer bozunma enerjisinin atomu iyonlaştırdığı, iç dönüşüm adı verilen bir süreçte elektron emisyonunun ölçülmesiyle.

Fizikçiler en düşük nükleer uyarılmış durumun enerjisini ölçüyor

Şimdi Kraemer ve meslektaşları, uyarılmış toryum-229 iyonlarını inceleyerek yayılan vakumlu ultraviyole fotonların ilk doğrudan tespitini yaptılar. Kraemer, altta yatan fikrin yeni olmadığını ancak daha önce araştırmacıların, uyarılmış toryum-233'a bozunabilen uranyum-229'ü kristallere yerleştirerek bunu yapmaya çalıştıklarını söylüyor. Kraemer, sorunun kristale 4 MeV'den fazla enerji salması olduğunu söylüyor; bu da "kanseri öldürmek için iyi ama bizim için gerçekten kötü" çünkü kristale zarar veriyor ve optik özelliklerine müdahale ediyor.

Bu nedenle yeni çalışmada araştırmacılar, aktinyum-229 iyonlarını magnezyum florür ve kalsiyum florür kristallerine yerleştirmek için CERN'in ISOLDE tesisini kullandılar. Bunlar, kristale dört kat daha az enerji salan β-bozunması yoluyla yarı kararlı uyarılmış toryum-229 çekirdeğine bozunabilir. Araştırmacılar bu nedenle fotonları tespit edip geçiş enerjisini ölçebildiler. Nihai kesinlik, bir saatin yapımı için gereken belirsizliğin oldukça altında ve araştırmacılar şimdi bunu düzeltmek için lazer fizikçileriyle birlikte çalışıyor.

Kyle Beloy ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'nden bir yetkili ölçümden etkilendi. "Bu toryum-229 sisteminin bir nükleer saat olarak çok önemli bir potansiyeli var ve eninde sonunda temel fizik testleri yapma potansiyeli çok daha fazla" diyor. "Bu [çalışmada], uyarılmış durumdan temel duruma doğru yayılan bir fotonu gözlemliyorlar ve sonuçta buradaki topluluğun amacı bunun tersini yapmak. Çekirdeğin emeceği dar frekans bandı milihertz mertebesindedir, oysa bunu ne kadar iyi bildiğimiz 10 mertebesindedir.¹² Hz, yani bu samanlıktaki iğne gibidir ve aslında yaptıkları şey samanlığın boyutunu yedi kat azaltmaktır. Bu, geçişi heyecanlandırmak isteyen herkes için ileriye doğru atılmış büyük bir adım.”

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Tabiat.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoAiStream. Web3 Veri Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• Adryenn Ashley ile Geleceği Basmak. Buradan Erişin.
• PREIPO® ile PRE-IPO Şirketlerinde Hisse Al ve Sat. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/photons-from-nuclear-clock-transition-are-seen-at-long-last/