Timovi istraživača iz Kine i Austrije gotovo istodobno su na preprint repozitoriju arXiv objavili uspješno ostvarenje jednog od dugo nedostižnih ciljeva u fizici – razvili su prve operativne nuklearne satove.
Njihovi uređaji koriste atomsku jezgru izotopa torij-229 kako bi mjerili protok vremena s izvanrednom preciznošću. Ova tehnologija ima potencijal nadmašiti čak i trenutno najbolje atomske satove koji se koriste širom svijeta.
Za razliku od konvencionalnih atomskih satova, koji se oslanjaju na energetske prijelaze u elektronskom omotaču atoma, nuklearni satovi prebacuju frekvencijsku referencu direktno na atomsku jezgru. Ona je daleko bolje izolirana od vanjskih utjecaja nego što su to elektroni u omotaču, pa je samim time manje osjetljiva na elektromagnetske smetnje, fluktuacije temperature i zračenje crnog tijela u usporedbi s današnjim optičkim satovima.
Jezgra torija-229 jedinstvena je zbog izuzetno niskog energetskog izomernog prijelaza na valnoj duljini od otprilike 148,4 nanometra, koja omogućava da ga se pokrene i izmjeri korištenjem lasera u ultraljubičastom spektru. Iako je to poprilično zahtjevno za izvesti, sada je prvi put demonstrirano u praksi.
Ovi nuklearni satovi rade tako što su jezgre torija-229 ugrađene unutar kristalne rešetke kalcijeva fluorida na sobnoj temperaturi. Kvantna stabilizacija lasera postignuta je brzim povratnim informacijama koje se temelje na apsorpcijskoj spektroskopiji, što omogućuje visok stepen stabilnosti frekvencije. Mjerenja provedena s dva različita kristala pokazala su podudaranje frekvencija na nivou od 10-13, tj. odstupanje frekvencije je nakon jednog dana bilo na nivou jednog dijela u 10 biliona.
Ovaj rezultat otvara vrata stvaranju kompaktnih i robusnih senzora za precizno mjerenje vremena, ali bi mogao omogućiti i nove vrste testiranja fundamentalne fizike, prenosi Bug.hr. Naučnici već koriste visoku osjetljivost tranzicije torija-229 za postavljanje novih ograničenja u modelima ultralake tamne tvari, pa se smatra da bi ovakvo precizno mjerenje vremena moglo odgovoriti i na pitanje jesu li fundamentalne prirodne konstante – zaista konstantne. Uspije li se tehnologiju u dovoljnoj mjeri minijaturizirati, ona bi mogla biti ugrađena u brojne alate, instrumente i senzore, koji će nuditi daleko bolju preciznost od danas dostupne tehnologije.
