Bilim insanları dünyanın ilk çalışan nükleer saatlerini geliştirdi. Atom saatlerinden farklı olarak zamanı elektronların enerji geçişleri yerine atom çekirdeğindeki enerji geçişlerini referans alarak ölçen teknoloji, gelecekte zaman ölçümünde yeni bir hassasiyet düzeyinin kapısını açabilir.
Viyana ve Pekin’de çalışan iki bağımsız araştırma ekibi, toryum-229 atom çekirdeğini referans alan çalışan nükleer saatler geliştirmeyi başardı. Araştırmalar 7 Ekim’de Nature dergisinde yayımlandı.
Günümüzde dünyanın en hassas saatleri olan optik atom saatleri, atomların elektronlarının iki enerji seviyesi arasındaki geçiş frekansını ölçüyor. Nükleer saatte ise referans noktası elektron değil, doğrudan atom çekirdeği.
Toryum-229 bu amaç için özel bir öneme sahip. Çünkü çekirdeğinin iki enerji durumu birbirine olağanüstü yakın ve bu nedenle çekirdekteki geçiş lazer ışığıyla doğrudan kontrol edilebiliyor. Araştırmacılar toryum-229 çekirdeklerini kalsiyum florür kristallerinin içine yerleştirerek lazerle çalışan bir zaman referansı oluşturdu.
Atom saatlerinden daha hassas olabilir
Nükleer saatler henüz dünyanın en iyi atom saatlerini geride bırakmış değil. Ancak atom çekirdeği dış çevrenin elektrik ve manyetik etkilerine elektronlardan daha az duyarlı olduğu için, teknoloji geliştikçe daha kararlı ve hassas saatler üretilebileceği düşünülüyor.
Bunun GPS ve uydu navigasyonundan iletişim sistemlerine ve hassas ölçümlere kadar birçok alanda sonuçları olabilir.
Ancak nükleer saatin belki de en ilginç kullanım alanı temel fizik olacak.
Karanlık maddeyi arayabilir
Nükleer saatler, doğanın temel sabitlerinde son derece küçük değişimleri ölçmek için kullanılabilecek. Böylece fizikçiler Standart Model’in ötesindeki olası yeni fizik olaylarını ve karanlık maddenin normal madde üzerindeki çok küçük etkilerini araştırabilecek.
Viyana’daki araştırma ekibi, geliştirdiği sistemle karanlık maddeye yönelik hassas ölçümler de gerçekleştirdi. Ancak bu deneylerde karanlık madde tespit edilmedi.
Çin ve Avrupa ekiplerinin birbirlerinden farklı yöntemlerle aynı dönüm noktasına ulaşması da önemli. Viyana ekibi daha yüksek kaliteli toryum kristallerinden yararlanırken Pekin’deki araştırmacılar daha güçlü lazer sistemleri kullandı. Araştırmacılara göre iki yaklaşımın güçlü yanlarının birleştirilmesi, nükleer saatlerin performansını daha da ileri taşıyabilir.
2024 yılında toryum-229 çekirdeğinin lazerle uyarılması ve atom saatleriyle ilişkilendirilmesi önemli bir deneysel dönüm noktası olmuştu. Şimdi ise bu nükleer geçiş, kendi frekansını otomatik olarak kararlı tutabilen çalışan bir saat sisteminin temelini oluşturdu.
Böylece nükleer saat teknolojisi, önceki deneysel başarıların ötesine geçerek laboratuvarda çalışan yeni bir zaman ölçüm sistemine dönüştü.
