Forskere i Wien og Beijing har utviklet verdens første atomkjerneur

To forskerteam som har jobbet uavhengig i Wien og Beijing, har bygget de to første fungerende atomkjerneur. Begge bruker isotopen thorium-229, og begge teamene rapporterte resultatene sine onsdag 7. oktober i artikler i tidsskriftet Nature. Ingen av klokkene slår dagens beste atomur ennå. Men forskere sier at enhetene kan bli de mest nøyaktige tidtakerne som noen gang er bygget, og åpne en ny måte å teste fysikkens lover på.reuters+1

Et konvensjonelt atomur holder tiden ved å spore elektroner som hopper mellom energinivåer. Disse nye klokkene bruker i stedet lasere for å flytte protoner og nøytroner mellom energitilstander inne i thorium-229-kjernen, som holdes i kalsiumfluoridkrystaller. Navnet har ingenting med kjernekraft å gjøre. Klokkene bruker ikke fisjon eller fusjon.reuters

Beijings klokke er mer stabil, Wiens går av seg selv

Ifølge South China Morning Post tyder tidlige resultater på at klokken bygget av teamet ved Tsinghua-universitetet er omtrent seks ganger mer stabil enn klokken fra Wien. Beijing-teamet viste også at to krystaller dyrket hver for seg holdt samme tid, noe som tyder på at slike klokker kan reproduseres pålitelig. Teamets preprint sier at frekvenser målt med de to krystallene stemte overens på $$10^{-13}$$-nivå.scmp+1

Klokken fra Wien, bygget ved TU Wien, holder seg stabil selv: thoriumkjernene kontrollerer laserens frekvens, slik at den ikke trenger å være avhengig av et konvensjonelt atomur. Den gikk i over 24 timer uten at noen grep inn, og nådde en presisjon på omtrent $$10^{-15}$$. Det tilsvarer en feilmargin på omtrent ett sekund per 30 millioner år.phys

"De to teamene jobbet uavhengig og nådde frem til fungerende thorium-229-atomkjerneur samtidig, ved bruk av ulike eksperimentelle tilnærminger," sa fysiker Shiqian Ding ved Tsinghua til Reuters. Han sa at resultatet viser at "konseptet er robust".reuters

Fortsatt ikke rekord

De beste atomurene i dag vil vinne eller tape bare omtrent ett sekund over milliarder av år. Thorsten Schumm ved TU Wien sier at teknologien fortsatt er "langt fra målet". Han bemerket at de to klokkene har komplementære styrker: "Wien-klokken har litt bedre thoriumkrystaller… mens Beijing-teamet har en kraftigere laser. Så ved å sette sammen disse komponentene kan vi allerede bygge en betydelig bedre klokke".reuters

Atomkjerner er tusenvis av ganger mindre enn hele atomer, så de reagerer mindre på ytre forstyrrelser, inkludert elektriske felt. Schumm fortalte til ABC News i Australia at teamet hans ser for seg å etter hvert bygge "en enhet på brikkenivå".english.elpais+2

Et verktøy for fysikk

Mulige bruksområder inkluderer satellittnavigasjon, datasynkronisering og oppmåling. Victor Flambaum, en fysiker ved University of New South Wales som ikke var involvert i arbeidet, sa at klokkene kunne oppdage hvordan tyngdekraften påvirker tiden presist nok til å hjelpe med gruveleting. Wien-teamet brukte klokken sin til å lete etter mørk materie. De fant ingenting, men klokken presterte like godt som de beste atomurene i det eksperimentet.abc+1

"Det gir tilgang til et helt nytt fysikkunivers," sa Schumm.reuters