İki ekip ilk çalışan nükleer saatleri inşa etti

Yirmi yılı aşkın bir çabanın ardından, iki bağımsız araştırma grubu, zamanı çevresindeki elektronlar yerine bir atom çekirdeği içindeki salınımları ölçerek tutan ilk çalışan nükleer saatleri inşa etti. Haziran ayı başlarında arXiv'de yayınlanan ön baskılarda bildirilen paralel atılımlar, nükleer zaman tutmanın teorik bir özlemden çalışan bir teknolojiye geçişini işaret ediyor.

Uzun Zamandır Beklenen Bir Kilometre Taşı

Avusturya'daki TU Wien'de fizikçi Thorsten Schumm liderliğindeki Avrupa ekibi ve Shiqian Ding ile ilk yazar Beichen Huang yönetimindeki Tsinghua Üniversitesi merkezli Çinli ekip, kalsiyum florür kristalleri içine gömülmüş toryum-229 çekirdeklerindeki 148 nanometrelik nükleer geçişe bir vakum ultraviyole lazeri stabilize etti. Her iki grup da lazer frekansını nükleer rezonansla eşleşecek şekilde sürekli olarak yönlendiren geri besleme döngüleri uyguladı; bu adım, çalışan bir saati basit spektroskopiden ayıran bir adımdır.arxiv+2

Projelerin hiçbirinde yer almayan Johannes Gutenberg Mainz Üniversitesi'nden fizikçi Lars von der Wense, Science News'e verdiği demeçte, "Bu, ona gerçek bir saat demeden önceki son eksik adımdı" dedi.gizmodo

Tsinghua liderliğindeki ekip, saniye cinsinden ortalama sürenin karekökü başına 2 × 10⁻¹²'lik bir kesirli frekans kararsızlığı elde etti ve uzun süreli çalışmada yaklaşık 2 × 10⁻¹⁴'e ulaştı. Viyana ekibi, ortalama sürenin karekökü başına 3 × 10⁻¹²'lik bir kararsızlık bildirdi ve tam bir gün süren kesintisiz, gözetimsiz çalışma boyunca 10⁻¹⁵'e yaklaştı. Her ikisi de, günümüzün önde gelen atom saatlerinin gerektirdiği aşırı soğutma veya vakum sistemleri olmadan, oda sıcaklığında veya yakınında çalışır.arxiv+2

Neden Önemli?

Bir atom çekirdeği, onu çevreleyen elektron bulutundan kabaca 10.000 kat daha küçüktür, bu da onu elektrik alanlarından, sıcaklık dalgalanmalarından ve diğer çevresel gürültülerden kaynaklanan bozulmalara karşı çok daha az duyarlı hale getirir. Bu direnç, nihayetinde eşsiz kararlılığa sahip saatler sağlayabilir; saha kullanımı için yeterince kompakt ancak fiziğin temel sabitlerinin zamanla değişip değişmediğini test edecek kadar hassas.gizmodo

Viyana grubu, saatini hemen ultra hafif karanlık maddeyi aramak için kullandı ve cihazın karanlık maddenin güçlü nükleer kuvvetle ve kuarklarla nasıl eşleşebileceğini sınırlama konusunda şimdiden atom saatlerinden daha iyi performans gösterdiğini bildirdi. Artan hassasiyet, toryum-229'un nükleer geçişinin, geleneksel atom saatlerinde kullanılan elektronik geçişlerden ince yapı sabitindeki değişikliklere binlerce kat daha duyarlı olmasından kaynaklanmaktadır.pubmed.ncbi.nlm.nih+2

İlk Günler, Hızlı İlerleme

Her iki ekip de mevcut cihazların henüz 10⁻¹⁸'in altında kesirli belirsizliklere ulaşan dünyanın en iyi optik atom saatlerinin ham hassasiyetiyle eşleşmediğini kabul etti. Ancak iyileşme hızı hızlıydı. Daha Mart ayında, Çin, Avrupa, Japonya ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki yaklaşık bir düzine grup gerekli bileşenleri bir araya getirmek için yarışıyordu. Viyana ekibinin kendi 2024 çalışması toryum rezonansını ilk kez buldu; şimdi, neredeyse iki yıl sonra, çalışan bir saat mevcut.nature+1

Avrupa makalesinin ortak yazarı olan Almanya'nın ulusal metroloji enstitüsü PTB'den Ekkehard Peik, "Beni en çok etkileyen şey, sistemin kullanıcı müdahalesi olmadan 24 saat boyunca kesintisiz çalışmasıydı" dedi.newscientist