Βιέννη και Πεκίνο παρουσιάζουν τα πρώτα πυρηνικά ρολόγια στον κόσμο

Δύο ερευνητικές ομάδες που εργάζονταν ανεξάρτητα στη Βιέννη και το Πεκίνο κατασκεύασαν τα δύο πρώτα λειτουργικά πυρηνικά ρολόγια. Και τα δύο χρησιμοποιούν το ισότοπο θόριο-229 και οι δύο ομάδες ανέφεραν τα αποτελέσματά τους την Τετάρτη, 7 Οκτωβρίου, σε άρθρα στο περιοδικό Nature. Κανένα από τα δύο ρολόγια δεν ξεπερνά ακόμα τα καλύτερα ατομικά ρολόγια της εποχής μας. Ωστόσο, οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι οι συσκευές αυτές θα μπορούσαν να γίνουν τα πιο ακριβή χρονόμετρα που έχουν κατασκευαστεί ποτέ και να ανοίξουν έναν νέο δρόμο για τον έλεγχο των νόμων της φυσικήςreuters+1.

Ένα συμβατικό ατομικό ρολόι μετρά τον χρόνο παρακολουθώντας τα ηλεκτρόνια που μεταπηδούν μεταξύ ενεργειακών επιπέδων. Αυτά τα νέα ρολόγια χρησιμοποιούν αντ' αυτού λέιζερ για να μετατοπίσουν πρωτόνια και νετρόνια μεταξύ ενεργειακών καταστάσεων μέσα στον πυρήνα του θορίου-229, ο οποίος συγκρατείται σε κρυστάλλους φθοριούχου ασβεστίου. Το όνομα δεν έχει καμία σχέση με την πυρηνική ενέργεια. Τα ρολόγια δεν χρησιμοποιούν σχάση ή σύντηξηreuters.

Πιο σταθερό το ρολόι του Πεκίνου, αυτόνομο της Βιέννης

Σύμφωνα με την South China Morning Post, τα πρώτα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι το ρολόι που κατασκευάστηκε από την ομάδα του Πανεπιστημίου Τσινγκούα είναι περίπου έξι φορές πιο σταθερό από το ρολόι της Βιέννης. Η ομάδα του Πεκίνου έδειξε επίσης ότι δύο κρύσταλλοι που αναπτύχθηκαν ξεχωριστά έδειχναν την ίδια ώρα, γεγονός που υποδηλώνει ότι τέτοια ρολόγια μπορούν να αναπαραχθούν αξιόπιστα. Το προδημοσιευμένο άρθρο της ομάδας αναφέρει ότι οι συχνότητες που μετρήθηκαν με τους δύο κρυστάλλους συμφωνούσαν στο επίπεδο του $$10^{-13}$$scmp+1.

Το ρολόι της Βιέννης, που κατασκευάστηκε στο TU Wien, διατηρεί τη σταθερότητά του μόνο του: οι πυρήνες του θορίου ελέγχουν τη συχνότητα του λέιζερ, επομένως δεν χρειάζεται να βασίζεται σε ένα συμβατικό ατομικό ρολόι. Λειτούργησε για περισσότερες από 24 ώρες χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση και έφτασε σε ακρίβεια περίπου $$10^{-15}$$. Αυτό μεταφράζεται σε σφάλμα περίπου ενός δευτερολέπτου ανά 30 εκατομμύρια χρόνιαphys.

"Οι δύο ομάδες εργάστηκαν ανεξάρτητα και έφτασαν σε λειτουργικά πυρηνικά ρολόγια θορίου-229 την ίδια στιγμή, χρησιμοποιώντας διαφορετικές πειραματικές προσεγγίσεις", δήλωσε στο Reuters ο φυσικός του Τσινγκούα, Shiqian Ding. Ανέφερε ότι το αποτέλεσμα δείχνει πως "η ιδέα είναι στιβαρή"reuters.

Ακόμα μακριά από το ρεκόρ

Τα καλύτερα ατομικά ρολόγια σήμερα θα έχαναν ή θα κέρδιζαν μόνο ένα δευτερόλεπτο σε διάστημα δισεκατομμυρίων ετών. Ο Thorsten Schumm από το TU Wien δήλωσε ότι η τεχνολογία απέχει ακόμα "πολύ από την επιθυμητή απόδοση". Σημείωσε ότι τα δύο ρολόγια έχουν συμπληρωματικά πλεονεκτήματα: "το ρολόι της Βιέννης έχει ελαφρώς καλύτερους κρυστάλλους θορίου… ενώ η ομάδα του Πεκίνου διαθέτει ισχυρότερο λέιζερ. Έτσι, συνδυάζοντας αυτά τα εξαρτήματα, μπορούμε ήδη να κατασκευάσουμε ένα σημαντικά καλύτερο ρολόι"reuters.

Οι ατομικοί πυρήνες είναι χιλιάδες φορές μικρότεροι από τα ολόκληρα άτομα, επομένως αντιδρούν λιγότερο σε εξωτερικές διαταραχές, συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρικών πεδίων. Ο Schumm δήλωσε στο ABC News της Αυστραλίας ότι η ομάδα του οραματίζεται τελικά την κατασκευή "μιας συσκευής σε μέγεθος τσιπ"english.elpais+2.

Ένα εργαλείο για τη φυσική

Οι πιθανές χρήσεις περιλαμβάνουν τη δορυφορική πλοήγηση, τον συγχρονισμό δεδομένων και τις τοπογραφήσεις. Ο Victor Flambaum, φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Νέας Νότιας Ουαλίας που δεν συμμετείχε στην έρευνα, δήλωσε ότι τα ρολόγια θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν πώς η βαρύτητα επηρεάζει τον χρόνο με αρκετή ακρίβεια ώστε να βοηθήσουν στην εξόρυξη μεταλλευμάτων. Η ομάδα της Βιέννης χρησιμοποίησε το ρολόι της για να αναζητήσει σκοτεινή ύλη. Δεν βρήκε τίποτα, αλλά το ρολόι απέδωσε εξίσου καλά με τα καλύτερα ατομικά ρολόγια σε εκείνο το πείραμαabc+1.

"Μας δίνει πρόσβαση σε ένα ολόκληρο νέο σύμπαν της φυσικής", δήλωσε ο Schummreuters.