Fizicienii au realizat pentru prima dată un ceas nuclear funcțional, un dispozitiv considerat mult timp imposibil de construit. Noua tehnologie promite măsurători ale timpului și mai precise decât cele existente și ar putea deschide noi direcții de cercetare în studiul materiei întunecate și al legilor fundamentale ale Universului, potrivit Live Science.
Timp de zeci de ani, oamenii de știință au încercat să creeze un ceas care să folosească drept reper nucleul unui atom, nu electronii care se rotesc în jurul acestuia. Acum, această idee a devenit realitate.
Cu ce este diferit un ceas nuclear?
Cele mai precise ceasuri de astăzi sunt ceasurile atomice optice. Acestea măsoară frecvența cu care electronii trec între diferite niveluri energetice din interiorul atomilor. Precizia lor este atât de mare încât ar pierde mai puțin de o secundă în aproximativ 100 de milioane de ani.
Un ceas nuclear funcționează pe un principiu asemănător, dar urmărește tranzițiile energetice care au loc în nucleul atomului. Pentru că nucleul este mult mai bine protejat de influențele externe, precum câmpurile electrice sau magnetice, măsurătorile sunt mai stabile și mai puțin afectate de zgomotul din mediul înconjurător.
Potrivit cercetătorilor, aceste tranziții nucleare pot fi de până la 10.000 de ori mai puțin sensibile la perturbații decât cele utilizate de ceasurile atomice actuale.
Secretul se numește Toriu-229
Noul dispozitiv se bazează pe un izotop rar, Toriu-229. Acesta are o proprietate unică: nucleul său poate fi activat energetic cu ajutorul unui laser ultraviolet, lucru extrem de rar în lumea fizicii nucleare.
Deși existența acestei tranziții energetice era bănuită de decenii, identificarea și controlarea ei s-au dovedit foarte dificile. Cercetătorii au testat ani la rând materiale, sisteme laser și metode de detecție înainte de a reuși să măsoare cu precizie fenomenul.
Un pas decisiv a fost dezvoltarea unor lasere capabile să emită continuu exact lungimea de undă necesară pentru activarea nucleului. Acest lucru a permis monitorizarea în timp real a frecvenței și ajustarea automată a sistemului.
Cu această tehnologie, oamenii de știință au reușit să mențină ceasul nuclear în funcțiune timp de 24 de ore fără întrerupere.
Un avantaj important: funcționează la temperatura camerei
Multe ceasuri atomice moderne necesită atomi răciți la temperaturi extrem de scăzute și menținuți în camere de vid sofisticate.
În cazul noului ceas nuclear, nucleele de toriu sunt încorporate într-un cristal solid care funcționează la temperatura camerei. Această caracteristică ar putea permite, în viitor, construirea unor dispozitive mai compacte și mai practice, utile în sisteme de navigație, telecomunicații și sincronizarea rețelelor de date.
O fereastră către fizica necunoscută
Pentru mulți cercetători, adevărata valoare a ceasului nuclear nu constă în măsurarea timpului, ci în capacitatea sa de a testa teorii fundamentale despre Univers.
În prezent sunt cunoscute patru forțe fundamentale: gravitația, electromagnetismul, forța nucleară tare și forța nucleară slabă. Numeroase teorii moderne sugerează însă existența unor particule sau interacțiuni încă nedescoperite, uneori descrise drept o posibilă „a cincea forță”.
Spre deosebire de ceasurile atomice, care sunt sensibile în principal la interacțiunile electronilor, ceasurile nucleare pot detecta variații subtile ale forțelor care acționează în interiorul nucleului atomic.
Toriul-229 este deosebit de interesant deoarece diferența energetică dintre cele două stări ale nucleului rezultă dintr-un echilibru foarte delicat între forțele electromagnetice și cele nucleare. Chiar și modificări extrem de mici ale acestor forțe ar putea produce schimbări măsurabile ale frecvenței ceasului.
Astfel, dispozitivul ar putea deveni un instrument valoros pentru căutarea materiei întunecate sau pentru verificarea unor teorii care depășesc actualul Model Standard.
Tehnologia este abia la început
Deși realizarea reprezintă un moment important pentru fizică, cercetătorii subliniază că ceasurile nucleare se află încă într-o fază incipientă. Oamenii de știință trebuie să înțeleagă mai bine modul în care tranzițiile nucleare reacționează la temperatură, câmpuri magnetice și alți factori externi, dar și să dezvolte lasere mai puternice și mai stabile.
Specialiștii estimează că vor trece încă mulți ani până când un ceas nuclear va putea depăși performanțele celor mai bune ceasuri atomice existente. Totuși, drumul până acolo promite descoperiri importante despre structura și funcționarea Universului.
Ştiri video recomandate
