Zamanı çok daha isabetli bir şekilde takip etmesi beklenen nükleer saatler üzerinde uzun süredir çalışılsa da önünde bazı zorlu engeller vardı.
Atom saatleri, atomdaki elektronların enerji durumunun değişmesiyle çalışıyor. Atomlar, bu yüksek ve düşük enerji geçişleri sırasında, atom türüne bağlı olarak çok hassas bir frekansta enerji açığa çıkarıyor.
Independent Türkçe'de yer verilen haberde bu frekansın tespit edilip ölçülmesiyle gelişmiş saatler yapılıyor. Atom saatlerinde genellikle sezyum kullanılırken, stronsiyum elementinin daha doğru sonuçlar verdiği de görülüyor.
ATOM ÇEKİRDEĞİNDEKİ ENERJİ DEĞİŞİMLERİ ÜZERİNDEN ZAMANI ÖLÇÜYOR
Nükleer saatlerin prensibi ise elektronların değil, atom çekirdeğindeki enerji değişimleri üzerinden zamanı ölçmeye dayanıyor. Atomdan 100 bin kat daha küçük olan çekirdekteki enerji değişiminin, daha net ölçümler yapması bekleniyor.
Bilim insanlarının bu amaç doğrultusunda karşılaştığı en temel engellerden biri, atom çekirdeklerinin enerji durumunu değiştirememeleriydi.
Toryum elementinin toryum-229 izotopunun çekirdeğinde enerji değişimi yaratmak nispeten daha az enerji gerektireceğinden, diğer atomlardan ziyade buna odaklanılıyordu.
Araştırmacılar, bu yıl çığır açıcı bir adıma imza atarak toryum-229'un atom çekirdeğinin enerji durumunu değiştirmeyi başarmıştı.
Önde gelen hakemli dergi Nature'da yayınlanan araştırmayı yürüten ekip, bu başarının üstüne daha fazlasını koyarak ilk nükleer saat prototipini geliştirdi.
Araştırmacılar kalsiyum florürden bir kristal yaparak içine toryum atomunun çekirdeğini koydu.
Ardından bu kristali stronsiyum temelli bir atom saatine yerleştirerek ultraviyole ışığa maruz bıraktılar.
Bu prototip, zamanı mevcut atom saatlerinden daha isabetli bir şekilde ölçmedi ancak buna doğru önemli bir adıma işaret ediyor. Ekip, çalışmadaki mekanizma tam bir nükleer saat olmasa da temel bileşenlerini içerdiğini söylüyor.
Viyana Teknik Üniversitesinden Thorsten Schumm, yazarları arasında yer aldığı çalışma hakkında şöyle diyor:
Bu ilk prototiple, toryumun, zamanı ultra yüksek hassasiyetle ölçmek için kullanılabileceğini kanıtladık. Geriye sadece teknik geliştirme çalışmaları kaldı ve başka büyük engeller beklenmiyor.
Nükleer saatler sağlayacakları keskin ölçümlerle, GPS ve internet hızında gelişmelerin yanı sıra evrenin gizemlerinin çözülmesine de katkı sağlayabilir.
Makalenin bir diğer yazarı fizikçi Jun Ye "Milyarlarca yıl boyunca çalışsa bile bir saniyeyi bile kaçırmayan bir kol saati düşünün. Henüz tam o noktada değiliz fakat bu araştırma bizi o hassasiyet düzeyine yaklaştırıyor" diyor.
Bu teknolojiyi atom saatleriyle kıyaslayan ekip "Nükleer saatler, atomun elektron kabuğunda meydana gelen elektron geçişinin aksine, atomun çekirdeğindeki nükleer geçişe dayandığından, nükleer saatler elektriksel manyetik alanlar gibi durumlara karşı daha az hassas olabilir" diyerek ekliyor:
Bir başka basit neden de toryumdaki nükleer geçiş frekansının, çoğu atom saati frekansından daha yüksek olması; genelde daha hızlı çalışan bir saat, zamanı da daha hassas bir şekilde ölçer.
Araştırmacılar, iki ila üç yıl içinde atom saatlerini geride bırakan nükleer saatler geliştirileceğini düşünüyor.