ორმა გუნდმა პირველი მოქმედი ბირთვული საათი შექმნა

ორ ათწლეულზე მეტი მუშაობის შემდეგ, ორმა დამოუკიდებელმა კვლევითმა ჯგუფმა შექმნა პირველი მოქმედი ბირთვული საათი — მოწყობილობა, რომელიც დროს ზომავს ატომის ბირთვში არსებული რხევების და არა მისი გარშემო მყოფი ელექტრონების მიხედვით. პარალელური გარღვევები, რომლებიც ივნისის დასაწყისში arXiv-ზე გამოქვეყნებულ პრეპრინტებშია აღწერილი, აღნიშნავს ბირთვული დროის აღრიცხვის გადასვლას თეორიული მისწრაფებიდან მოქმედ ტექნოლოგიაზე.

დიდი ხნის ნანატრი ეტაპი

ევროპულმა გუნდმა, ფიზიკოს თორსტენ შუმის ხელმძღვანელობით ვენის ტექნიკურ უნივერსიტეტში (ავსტრია), და ჩინურმა გუნდმა ცინხუას უნივერსიტეტში, შიციან დინგისა და პირველი ავტორის, ბეიჩენ ჰუანგის ხელმძღვანელობით, თითოეულმა დაასტაბილურა ვაკუუმური ულტრაიისფერი ლაზერი 148-ნანომეტრიან ბირთვულ გადასვლაზე თორიუმ-229-ის ბირთვებში, რომლებიც ჩაშენებულია კალციუმის ფტორიდის კრისტალებში. ორივე ჯგუფმა დანერგა უკუკავშირის მარყუჟები, რომლებიც მუდმივად მართავენ ლაზერის სიხშირეს ბირთვულ რეზონანსთან შესაბამისობაში — ნაბიჯი, რომელიც განასხვავებს მოქმედ საათს უბრალო სპექტროსკოპიისგან.arxiv+2

"ეს იყო ბოლო დაკარგული ნაბიჯი, სანამ მას რეალურ საათს ვუწოდებდით", — განუცხადა Science News-ს ლარს ფონ დერ ვენსემ, იოჰანეს გუტენბერგის უნივერსიტეტის ფიზიკოსმა, რომელიც არ მონაწილეობდა არცერთ პროექტში.gizmodo

ცინხუას გუნდმა მიაღწია ფრაქციული სიხშირის არასტაბილურობას 2 × 10⁻¹² წამში საშუალო დროის კვადრატულ ფესვზე, რაც დაახლოებით 2 × 10⁻¹⁴-ს შეადგენს ხანგრძლივი მუშაობისას. ვენის გუნდმა დააფიქსირა 3 × 10⁻¹² არასტაბილურობა საშუალო დროის კვადრატულ ფესვზე, რაც 10⁻¹⁵-ს უახლოვდება სრული დღის განმავლობაში უწყვეტი, უყურადღებო მუშაობისას. ორივე მუშაობს ოთახის ტემპერატურაზე ან მის ახლოს, ექსტრემალური გაგრილების ან ვაკუუმური სისტემების გარეშე, რომლებიც საჭიროა დღევანდელი წამყვანი ატომური საათებისთვის.arxiv+2

რატომ არის ეს მნიშვნელოვანი

ატომის ბირთვი დაახლოებით 10 000-ჯერ უფრო პატარაა, ვიდრე მის გარშემო არსებული ელექტრონული ღრუბელი, რაც მას ბევრად ნაკლებად მგრძნობიარეს ხდის ელექტრული ველების, ტემპერატურის რყევებისა და სხვა გარემო ხმაურის მიმართ. ეს მდგრადობა საბოლოოდ შეიძლება გახდეს შეუდარებელი სტაბილურობის საათების საფუძველი — საკმარისად კომპაქტური საველე გამოყენებისთვის და საკმარისად ზუსტი იმის შესამოწმებლად, იცვლება თუ არა ფიზიკის ფუნდამენტური მუდმივები დროთა განმავლობაში.gizmodo

ვენის ჯგუფმა დაუყოვნებლივ გამოიყენა თავისი საათი ულტრაიისფერი ბნელი მატერიის მოსაძებნად და განაცხადა, რომ მოწყობილობა უკვე აჭარბებს ატომურ საათებს იმის შეზღუდვაში, თუ როგორ შეიძლება ბნელი მატერია დაუკავშირდეს ძლიერ ბირთვულ ძალას და კვარკებს. გაძლიერებული მგრძნობელობა გამომდინარეობს იქიდან, რომ თორიუმ-229-ის ბირთვული გადასვლა ათასობითჯერ უფრო მგრძნობიარეა წვრილი სტრუქტურის მუდმივას ცვლილებების მიმართ, ვიდრე ჩვეულებრივ ატომურ საათებში გამოყენებული ელექტრონული გადასვლები.pubmed.ncbi.nlm.nih+2

ადრეული დღეები, სწრაფი პროგრესი

ორივე გუნდმა აღიარა, რომ ამჟამინდელი მოწყობილობები ჯერ არ შეესაბამება მსოფლიოს საუკეთესო ოპტიკური ატომური საათების სიზუსტეს, რომლებიც 10⁻¹⁸-ზე ნაკლებ ფრაქციულ გაურკვევლობას აღწევენ. მაგრამ გაუმჯობესების ტემპი სწრაფია. ჯერ კიდევ მარტში, ჩინეთის, ევროპის, იაპონიისა და შეერთებული შტატების ათამდე ჯგუფი ეჯიბრებოდა საჭირო კომპონენტების აწყობაში. ვენის გუნდის 2024 წლის ნაშრომმა პირველად დაადგინა თორიუმის რეზონანსი; ახლა, ძლივს ორი წლის შემდეგ, არსებობს მოქმედი საათი.nature+1

"რამაც ყველაზე მეტად დამაფიქრა, იყო ის, რომ სისტემა მუშაობდა უწყვეტად 24 საათის განმავლობაში მომხმარებლის ჩარევის გარეშე", — თქვა ეკეჰარდ პეიკმა გერმანიის მეტროლოგიის ეროვნული ინსტიტუტიდან (PTB), ევროპული ნაშრომის თანაავტორმა.newscientist