A tórium-229 alapú nukleáris óra egy lépéssel közelebb került ahhoz, hogy németországi és ausztriai kutatók kimutatták, hogy képesek az izotóp magjait alacsonyan fekvő metastabil állapotba juttatni.
A kivételesen alacsony, 8 eV-os gerjesztési energia a vákuum ultraibolya fényének felel meg, amely lézerrel állítható elő. Ennek eredményeként az átmenet felhasználható pontos óra létrehozására. Egy ilyen atomóra elvileg stabilabb lenne, mint a meglévő atomórák, mert sokkal kevésbé lenne érzékeny a környezeti zajokra. A nukleáris óra praktikusabb is lehetne, mert az atomórával ellentétben teljesen szilárdtest-eszköz lehet.
Ez a nagy pontosság és stabilitás azonban megnehezíti ennek az átmenetnek a megfigyelését és gerjesztését, mivel az érintett fény nagyon szűk sávszélességgel rendelkezik, és nehéz lehet megtalálni. Valójában a CERN kutatói csak tavaly készítették el a első közvetlen mérés az átmenetből származó fotonok mennyisége, míg a az átmenet megléte 2016-ban megerősítették.
Olcsóbb lézer
A tórium-229 nem az egyetlen atommag, amelyet nukleáris órában való felhasználás céljából kutatnak. Dolgozik rajta A scandium-45 tovább fejlődött, de ennek az atommagnak 12.4 keV átmeneti energiája van. Ez azt jelenti, hogy egy óra létrehozásához röntgenlézerrel kellene párosítani – az ilyen lézerek pedig nagyok és drágák.
Az új kutatás a németországi braunschweigi Szövetségi Fizikai és Műszaki Intézet és az osztrák Bécsi Műszaki Egyetem fizikusainak együttműködésével készült. A csapat egyik tagja az Ekkehard Peik, who came up with the idea of a nuclear clock twenty years ago.
A nukleáris és az atomórák nagyjából ugyanúgy működnek. A kívánt átmenetet egy lézer (vagy maser) gerjeszti, és a kibocsátott fényt egy visszacsatoló vezérlő mechanizmusba küldi, amely a lézer frekvenciáját az átmenet frekvenciájához rögzíti. A lézerfény rendkívül stabil frekvenciája az óra kimenete.
Az első órák (és a jelenlegi nemzetközi időszabvány) mikrohullámokat és céziumatomokat használnak, míg a mai legjobb órák (az úgynevezett optikai órák) fényt és atomokat, köztük stronciumot és itterbiumot használnak. Az optikai atomórák annyira megbízhatóak, hogy évmilliárdok után is csak néhány ezredmásodperccel lejárnának.
A kisebb jobb
Ennek a teljesítménynek a nagy része az atomok csapdába ejtésének és az elektromágneses zaj elleni védelemnek köszönhető – ami jelentős kísérleti kihívás. Ezzel szemben az atommagok sokkal kisebbek, mint az atomok, ami azt jelenti, hogy sokkal kevésbé kölcsönhatásba lépnek az elektromágneses zajjal. Valójában ahelyett, hogy csapdába szigetelnék, az óramagok szilárd anyagba ágyazhatók. Ez nagyban leegyszerűsíti az óra tervezését.
Az osztrák és német fizikusok kísérletükben tórium-229-es magokkal adalékolták a kalcium-fluorid kristályokat, amelyeket egy amerikai nukleáris leszerelési programból szereztek be. A tóriummal adalékolt kristályok csak néhány milliméter átmérőjűek voltak. Ezután asztali lézerrel gerjesztették a tórium-229-et a kívánt alacsony energiájú nukleáris állapotba. Ezt a gerjesztést a rezonancia fluoreszcenciának nevezett technikával igazolták, amely magában foglalja a fotonok kimutatását, amelyek akkor bocsátanak ki, amikor a gerjesztett magok visszabomlanak az alapállapotba.
Nukleáris órák: miért hozza őket közelebb a valósághoz egy kísérlet a CERN-ben?
„Ez a kutatás nagyon fontos lépés az atomóra fejlesztésében” – mondja Piet Van Duppen a belgiumi KU Leuven munkatársa, aki nukleáris órákon dolgozik. „Ez azt bizonyítja, hogy ez a fejlesztés technikailag lehetséges, szilárdtest-órák esetében is. Feltételeztük, hogy a magátmenet lézeres gerjesztése az optikai csapdákban kimutatható lesz, de eddig kétségek merültek fel, hogy ez a szilárdtestkristályok esetében is így van-e.
A jövő atomóráinak potenciális alkalmazásai főként az apró időváltozások kimutatásában rejlenek, amelyek a standard modellen túlmutató új fizikára utalhatnak. Ez magában foglalhatja az alapvető erők és állandók változásait. Az órák új fizikát tárhatnak fel azáltal, hogy az atommagokat összekötő és végső soron az órafrekvenciát meghatározó magerő variációit keresik. Ennek eredményeként a nukleáris órák fényt deríthetnek a fizika néhány nagy rejtélyére, például a sötét anyag természetére,
Az órákkal a Föld gravitációs vonzerejének különbségei miatti idődilatáció is mérhető. Ez megvalósítható miniatűr és rendkívül mobil nukleáris órákkal a chipeken, amelyek könnyen mozgathatók különböző helyekre. Ez nagyon hasznos lenne geodéziai és geológiai vizsgálatok elvégzéséhez.
A kutatást ismertető dolgozat közzétételre elfogadták Fizikai áttekintő levelek.
- SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
- PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
- PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
- Forrás: https://physicsworld.com/a/excitation-of-thorium-229-brings-a-working-nuclear-clock-closer/
