Tvö teymi smíða fyrstu virku kjarnorkuklukkurnar

Eftir meira en tveggja áratuga vinnu hafa tveir óháðir rannsóknarhópar smíðað fyrstu virku kjarnorkuklukkurnar — tæki sem halda tíma með því að mæla sveiflur innan atómkjarna frekar en rafeinda sem umlykja hann. Samhliða byltingarnar, sem greint var frá í forprentum á arXiv snemma í júní, marka umskipti kjarnorkutímamælinga úr fræðilegum metnaði yfir í virka tækni.

Langþráður áfangi

Evrópska teymið, undir forystu eðlisfræðingsins Thorsten Schumm við TU Wien í Austurríki, og kínverskt teymi við Tsinghua-háskólann undir stjórn Shiqian Ding og fyrsta höfundar Beichen Huang, stöðguðu hvort um sig tómarúms-útfjólubláan leysi við 148 nanómetra kjarnorkuskipti í þórín-229 kjörnum sem felldir voru inn í kalsíumflúoríðkristalla. Báðir hóparnir innleiddu endurgjöfarlykkjur sem stýra leysitíðninni stöðugt til að passa við kjarnorkuómunina — skref sem greinir virka klukku frá venjulegri litrófsgreiningu.arxiv+2

"Þetta var síðasta skrefið sem vantaði áður en hægt var að kalla þetta raunverulega klukku," sagði Lars von der Wense, eðlisfræðingur við Johannes Gutenberg-háskólann í Mainz, sem tók ekki þátt í hvorugu verkefninu, við Science News.gizmodo

Teymið undir stjórn Tsinghua náði brotatíðnióstöðugleika upp á 2 × 10⁻¹² á hvern kvaðratrót af meðaltíma í sekúndum, og náði um það bil 2 × 10⁻¹⁴ yfir langan rekstur. Vínarteymið greindi frá óstöðugleika upp á 3 × 10⁻¹² á hvern kvaðratrót af meðaltíma, sem nálgaðist 10⁻¹⁵ yfir heilan sólarhring af samfelldum, eftirlitslausum rekstri. Báðar starfa við eða nálægt stofuhita, án þeirra miklu kæli- eða tómarúmskerfa sem krafist er af fremstu atómklukkum nútímans.arxiv+2

Hvers vegna þetta skiptir máli

Atómkjarni er um það bil 10.000 sinnum minni en rafeindaskýið sem umlykur hann, sem gerir hann mun síður viðkvæman fyrir truflunum frá rafsviðum, hitasveiflum og öðrum umhverfishávaða. Sú seigla gæti að lokum skilað klukkum með óviðjafnanlegan stöðugleika — nógu fyrirferðarlitlar fyrir notkun á vettvangi en samt nógu nákvæmar til að prófa hvort grundvallarfastar eðlisfræðinnar breytist með tímanum.gizmodo

Vínarhópurinn setti klukkuna sína strax í vinnu við að leita að ofurléttu hulduefni og greindi frá því að tækið standi sig nú þegar betur en atómklukkur við að takmarka hvernig hulduefni gæti tengst sterka kjarnorkukraftinum og kvörkum. Aukið næmi stafar af því að kjarnorkuskipti þórín-229 eru þúsundum sinnum næmari fyrir breytingum á fínbyggingarfastanum en rafeindaskiptin sem notuð eru í hefðbundnum atómklukkum.pubmed.ncbi.nlm.nih+2

Fyrstu dagar, hröð framþróun

Bæði teymin viðurkenndu að núverandi tæki jafnast enn ekki á við hráa nákvæmni bestu sjónrænu atómklukkna heims, sem ná brotaóvissu undir 10⁻¹⁸. En hraði framfaranna hefur verið mikill. Fyrir ekki svo löngu síðan, í mars, voru tæplega tugur hópa í Kína, Evrópu, Japan og Bandaríkjunum að keppast við að setja saman nauðsynlega íhluti. Eigin vinna Vínarteymisins árið 2024 staðsetti fyrst þórínómunina; nú, varla tveimur árum síðar, er virk klukka til staðar.nature+1

"Það sem heillaði mig mest var að kerfið starfaði samfellt í 24 klukkustundir án inngrips notanda," sagði Ekkehard Peik hjá þýsku landsmetrologíustofnuninni PTB, meðhöfundur evrópsku greinarinnar.newscientist