XFEL'de nükleer saat geçişinin rezonans uyarımı tespit edildi - Fizik Dünyası

Uluslararası fizikçilerden oluşan bir ekip, nükleer geçişe dayalı son derece hassas bir saat yaratmaya yönelik önemli bir adım attı. Yuri Shvyd'ko ABD'deki Argonne Ulusal Laboratuvarı'ndaki araştırmacılar ve meslektaşları, skandiyum-45'teki nükleer geçişin rezonans uyarımını başardılar. Geçiş, bugün mevcut olan en iyi atom saatlerinden çok daha doğru olma potansiyeline sahip bir nükleer saat yaratmak için kullanılabilir.

Herhangi bir saatin çalışmasının merkezinde, sinyali sabit bir frekansta ileten bir osilatör bulunur. Bu bir sarkacın salınımı veya bir kuvars kristalinin piezoelektrik titreşimi olabilir. Bugün ikincisi, sezyum atomlarından yayılan mikrodalga radyasyonunun frekansını kullanan saatlerle tanımlanıyor. Daha da doğru olan atom saatleri, zaman sinyalleri oluşturmak için atomik geçişlerden gelen daha yüksek frekanslı ışığı kullanır. Günümüzün en iyi saati 10'da bir parçadan daha doğru doğruluktadır¹⁸ – bu, saatin zaman işleyişinde 30 saniyeden fazla bir sapmanın birikmesinin 1 milyar yıldan fazla süreceği anlamına gelir.

Prensip olarak, daha yüksek frekanslı nükleer geçişler kullanılarak daha doğru saatler yapılabilir. Nükleer saatlerin atom saatlerine göre bir diğer avantajı da çekirdeklerin atomlardan çok daha kompakt ve kararlı olmasıdır. Bu, nükleer saatin gürültüye ve çevreden gelen parazitlere karşı duyarlı olmayacağı anlamına gelir.

Rezonans gerekli

Ancak nükleer saat yaratmaya çalışanların karşılaştığı pek çok zorluk var. Bu, nükleer geçişle rezonans yapan tutarlı radyasyonun nasıl üretileceğini de içerir; bu, bir zaman sinyali üretmek için gerekli olan bir şeydir. Bir atom saatinde bu, bir maserin veya lazerin frekansının atomik bir geçişe kilitlenmesiyle yapılır.

Shvyd'ko, "Geçtiğimiz on yılda gelişmiş X-ışını serbest elektron lazerlerinin (XFEL'ler) ortaya çıkmasıyla birlikte, alternatif nükleer saat osilatörleri artık doğrudan foton uyarımına ulaşabiliyor" diyor. "Skandiyum-12.4'teki son derece dar bant genişliği, 45 keV geçişi ve 0.47 saniyelik uzun ömrü en umut verici olanıdır."

Ancak bu son derece dar bant genişliği aynı zamanda geçişle rezonans oluşturan frekans penceresinin 10 olduğu anlamına da gelir.¹⁵ günümüzün en gelişmiş lazer tesisleri tarafından bile üretilen frekansların yayılımından kat kat daha dardır. "Bu, gelen X ışınlarının yalnızca küçük bir kısmının çekirdekleri rezonans halinde uyarabileceği anlamına geliyor; Baskın rezonans dışı X ışınları muazzam dedektör gürültüsü yaratıyor” diye açıklıyor Shvyd'ko.

Şimdi Shvyd'ko ve meslektaşları bu gürültü sorununu çözmenin umut verici bir yolunu buldular. Deneyleri, şu anda belirli frekanslara ayarlanmış en yüksek X-ışını foton yoğunluğunu sunan, Almanya'nın Hamburg yakınındaki Avrupa XFEL tesisinde gerçekleştirildi.

Hedef kaldırma

Deneyleri, skandiyum-45'in folyo hedefine X-ışını darbelerinin ateşlenmesini içeriyordu. Bir darbe hedefe çarptıktan sonra hedef, ışın hattından foton dedektörlerinin bulunduğu yakındaki bir bölgeye hızla kaldırıldı. Işın hattından bu izolasyon, ekibin rezonans uyarılmasının bozulmasıyla üretilen küçük sinyali ölçmesine olanak sağladı. Bu işlem, rezonansın oluştuğu tam frekansı bulmak amacıyla gelen ışık darbelerinin frekansı taranırken tekrarlandı.

"93'a yanıt olarak yalnızca 10 nükleer bozunma olayı tespit edildi"²⁰ skandiyum-45 hedefine yönlendirilen rezonansa yakın fotonlar,” diye açıklıyor Shvyd'ko. "Ancak son derece düşük dedektör gürültüsü nedeniyle, bu sayı rezonansı tespit etmek için yeterliydi ve geçişin enerjisinin önceki en iyi değerden iki kat daha küçük bir belirsizlikle ölçülmesine izin veriyordu."

Nükleer saatler: CERN'deki bir deney neden onları gerçeğe yaklaştırıyor?

Bu geçişi bir frekans standardı olarak kullanarak, geleceğin nükleer saati her 1 milyar yılda bir 300 saniyeye kadar doğrulukta kalabilir; bu da en yeni atom saatlerinin hassasiyetini büyük ölçüde artırır.

Ancak bunun mümkün olabilmesi için daha fazla iyileştirme yapılması gerekecektir. Shvyd'ko şöyle açıklıyor: "Bir sonraki önemli adım, çekirdeklerden tutarlı bir şekilde dağılan X ışınlarının zamanla çözümlenmiş gözlemidir; bu, rezonansın gerçek spektral genişliğini ortaya çıkaracaktır."

Çeşitli zorlukların üstesinden gelinebilirse, teknolojinin birçok ileri araştırma alanında heyecan verici etkileri olabilir. Shvyd, "Skandiyum-45 rezonansının X-ışını uyarımı ve enerjisinin doğru ölçümü, ultra yüksek hassasiyetli spektroskopi, nükleer saat teknolojisi ve yüksek enerjili X-ışınları rejiminde olağanüstü metroloji için yeni yollar açıyor" diyor. ko.

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Tabiat.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/resonant-excitation-of-nuclear-clock-transition-spotted-at-xfel/