Bilim insanları, Dünyanın ilk nükleer saatini tanıttı

“Nükleer saat”, bir atomun çekirdeğinden gelen küçük sinyaller aracılığıyla vakti ölçebilen aygıt olarak tanımlanabilir. ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’nün (NIST) ortak enstitüsü olan JILA’daki bilim insanlarının liderliğindeki bir araştırma ekibi, yeni nükleer saatlerini duyurdu ve bulgularını Nature’da yayınladı.

NIST ve JILA fizikçisi Jun Ye, NIST duyurusunda “Milyarlarca yıl çalışır durumda bıraksanız bile bir saniye bile kaybetmeyecek bir kol saati hayal edin” dedi ve ekledi: “Henüz tam olarak orada olmasak da, bu araştırma bizi o hassasiyet düzeyine yaklaştırıyor.”

Atom saatleri ve nükleer saatler

Atom saatleri uzun zaman dilimleri boyunca çok kararlı kalabildikleri için bilim insanlarının yapmaları gereken en hassas ölçümlerden kimileri için en emniyetli seçenek oldular. Kol saatinizdekiler gibi sıradan saatler vakti tutmak için bir kuvars kristal osilatörü kullanır. Bu kristaller, eski duvar saatlerindeki sarkaçlar gibi vaktin geçişini ölçen makul frekanslarda titreşir. Lakin uzay aracının konumlarını denetim etmek aynıi yüksek riskli ölçümler için en yüksek hassasiyet düzeyi gereklidir.

Atom saatleri, sarkacın fonksiyonunun yerini alan bir şekilde atomların yörüngesindeki elektronların enerji düzeyleri arasında geçişini sağlamak için lazer ışığı kullanır. NIST duyurusuna göre, nükleer saatler de aynı şekilde davranarak vaktin geçişini takip etmek için bir atomun çekirdeğindeki enerji sıçramalarından yararlanıyor.

Ayrıca nükleer saat, yanılgılı elektromanyetik alanlar tarafından rahatsız edilebilen ve etkilenebilen elektronları ölçmediği için bir atom saatinden daha az gürültü ve parazite sahip olacaktır. Fakat, çoklukla bilim insanlarının çekirdeğin vakti takip etmek için gerekli enerji sıçramalarını yapmasını sağlamak hedefiyle, çekirdeği özel olarak tasarlanmış bir çeşit X-ışınıyla vurmaları gerekiyor. Yeni tanımlanan saat ise enerji sıçramaları yapmak için çekirdeği sadece ultraviyole ışığa ihtiyaç duyan toryumu kullanıyor.

Yeni tanıtılan nükleer saat, şimdi günümüzün en iyi atom saatlerinden daha hassas değil. Lakin ekip, yalnızca birkaç yıl içinde ortadaki farkın kaybolarak aksine döneceğini söylüyor. Tu Wien fizikçisi ve ekip üyesi Thorsten Schumm, “İlk arabalar, at otomobillerinden daha süratli değildi. Her şey yeni bir konsept tanıtmakla ilgiliydi” diyor ve devam ediyor: “Ve nükleer saatle tam olarak bunu başardık.”

Farklı bir araştırmacı ekibi, Temmuz ayında şimdiye kadarki en hassas atom saatini oluşturdu. Bu saat, vakti takip etmek için binlerce atomu hapsediyor ve her 30 milyar yılda sadece bir saniye kaybediyor. Evrenimizin şimdi 14 milyar yaşında olmadığı ve Dünya 5 milyar yaşına ulaşmadığı düşünülürse, bu kaybın epey kabul edilebilir olduğu rahatlıkla söylenebilir.