Toryum-229'un uyarılması çalışan bir nükleer saati yaklaştırıyor - Fizik Dünyası

Toryum-229'a dayalı bir nükleer saat, Almanya ve Avusturya'daki araştırmacıların izotop çekirdeklerini alçakta bulunan yarı kararlı bir duruma yerleştirebileceklerini göstermeleriyle artık bir adım daha yaklaştı.

Son derece düşük 8 eV'lik uyarılma enerjisi, bir lazer tarafından üretilebilen vakumlu ultraviyoledeki ışığa karşılık gelir. Sonuç olarak geçiş, doğru bir saat oluşturmak için kullanılabilir. Böyle bir nükleer saat, prensipte mevcut atom saatlerinden daha kararlı olacaktır çünkü çevresel gürültüye çok daha az duyarlı olacaktır. Nükleer saat daha pratik olabilir çünkü atom saatinden farklı olarak tamamen katı halli bir cihaz olabilir.

Ancak bu yüksek doğruluk ve kararlılık, söz konusu ışığın çok dar bir bant genişliğine sahip olması ve bulunmasının zor olabilmesi nedeniyle bu geçişin gözlemlenmesini ve uyarılmasını zorlaştırmaktadır. Gerçekten de, CERN'deki araştırmacılar daha geçen yıl bunu gerçekleştirdiler. ilk doğrudan ölçüm geçişteki fotonların sayısı, oysa geçişin varlığı 2016 yılında doğrulandı.

Daha düşük maliyetli lazer

Toryum-229 nükleer saatte kullanılmak üzere araştırılan tek çekirdek değil. Üzerinde çalışmak Scandium-45 daha da gelişmiştirancak bu çekirdeğin geçiş enerjisi 12.4 keV'dir. Bu, bir saat oluşturmak için bir X-ışını lazeriyle eşleştirilmesi gerektiği anlamına geliyor ve bu tür lazerler büyük ve pahalıdır.

Yeni araştırma, Almanya'nın Braunschweig kentindeki Federal Fiziksel ve Teknik Enstitüsü'nden ve Avusturya'daki Viyana Teknoloji Üniversitesi'nden fizikçilerin işbirliğiyle gerçekleştirildi. Ekip üyelerinden biri Ekkehard Peik20 yıl önce nükleer saat fikrini ortaya atan kişi.

Nükleer ve atom saatleri hemen hemen aynı şekilde çalışır. İlgili geçiş bir lazer (veya maser) tarafından uyarılır ve yayılan ışık, lazerin frekansını geçişin frekansına kilitleyen bir geri besleme kontrol mekanizmasına gönderilir. Lazer ışığının son derece kararlı frekansı saatin çıkışıdır.

İlk saatler (ve mevcut uluslararası zaman standardı) mikrodalgaları ve sezyum atomlarını kullanırken, günümüzün en iyi saatleri (optik saatler olarak adlandırılır) ışığı ve stronsiyum ve iterbiyum dahil atomları kullanır. Optik atom saatleri o kadar güvenilir ki, milyarlarca yıl sonra bile sadece birkaç milisaniye farkla devre dışı kalacaklar.

Daha küçük daha iyidir

Bu performansın büyük bir kısmı, atomların nasıl tutulduğuna ve elektromanyetik gürültüden nasıl korunduğuna bağlıdır; bu da önemli bir deneysel zorluktur. Buna karşılık çekirdekler atomlardan çok daha küçüktür, bu da elektromanyetik gürültüyle çok daha az etkileşime sahip oldukları anlamına gelir. Aslında saat çekirdekleri bir tuzakta izole edilmek yerine katı bir malzemenin içine gömülebilir. Bu, saat tasarımını büyük ölçüde basitleştirecektir.

Avusturyalı ve Alman fizikçiler, deneylerinde, kalsiyum florür kristallerini, ABD'deki nükleer silahsızlanma programından elde ettikleri toryum-229 çekirdeğiyle katkıladılar. Toryum katkılı kristallerin çapı yalnızca birkaç milimetreydi. Daha sonra toryum-229'u istenen düşük enerjili nükleer duruma uyarmak için masa üstü bir lazer kullandılar. Bu uyarım, uyarılmış çekirdeklerin temel duruma geri bozunması sırasında yayılan fotonların tespit edilmesini içeren, rezonans floresansı adı verilen bir teknik kullanılarak doğrulandı.

"Bu araştırma nükleer saatin geliştirilmesinde çok önemli bir adımdır" diyor Piet Van Duppen Belçika'da nükleer saatler üzerinde çalışan KU Leuven'den. "Bu, katı hal saatleri için de bu gelişmenin teknik olarak mümkün olduğunu kanıtlıyor. Nükleer geçişin lazerle uyarılmasının optik tuzaklarda tespit edilebileceğini varsaydık, ancak şimdiye kadar katı hal kristallerinde de durumun böyle olup olmadığına dair şüpheler vardı."

Geleceğin nükleer saatlerine yönelik potansiyel uygulamalar, esas olarak Standart Modelin ötesinde yeni fiziğe işaret edebilecek küçük zaman değişimlerinin tespitinde yatmaktadır. Bu, temel kuvvetlerdeki ve sabitlerdeki değişiklikleri içerebilir. Özellikle saatler, çekirdekleri birbirine bağlayan ve sonuçta saat frekansını tanımlayan nükleer kuvvetteki varyasyonları arayarak yeni fiziği ortaya çıkarabilir. Sonuç olarak nükleer saatler, karanlık maddenin doğası gibi fizikteki bazı büyük gizemlere ışık tutabilir.

Saatler aynı zamanda Dünya'nın çekim kuvvetindeki farklılıklar nedeniyle zaman genişlemesini ölçmek için de kullanılabilir. Bu, farklı konumlara kolaylıkla taşınabilen çipler üzerindeki minyatür ve son derece hareketli nükleer saatler kullanılarak yapılabilir. Bu, jeodezi ve jeolojik çalışmalar yapmak için çok yararlı olacaktır.

Araştırmayı anlatan bir makale yılında yayınlanmak üzere kabul edildi Fiziksel İnceleme Mektupları.

• 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/excitation-of-thorium-229-brings-a-working-nuclear-clock-closer/