Primul ceas nuclear din lume a fost pus în funcțiune. Cum ar ajuta la detectarea celei de-a cincea forțe fundamentale?

Adaugă-ne ca sursă preferată

Urmărește-ne in Discover

Timp de decenii, fizicienii au urmărit un obiectiv care părea aproape imposibil: construirea unui ceas care măsoară timpul folosind nucleul unui atom, în locul electronilor care gravitează în jurul acestuia.

Recent, cercetătorii au demonstrat funcționarea primului ceas nuclear, o realizare epocală care ar putea duce la instrumente de măsurare mult mai stabile și la noi metode de a căuta materia întunecată sau fizica dincolo de Modelul Standard.

Cele mai precise ceasuri actuale sunt ceasurile atomice optice. Ele măsoară frecvența electronilor care sar între diferite niveluri de energie. Aceste dispozitive sunt atât de exacte încât ar pierde mai puțin de o secundă la fiecare 100 de milioane de ani.

Un ceas nuclear funcționează similar, dar măsoară tranzițiile de energie din interiorul nucleului atomic. Deoarece nucleul se află adânc în centrul atomului, el este mult mai bine protejat de perturbațiile externe, cum ar fi câmpurile magnetice sau electrice, fiind de 1.000 până la 10.000 de ori mai puțin sensibil la zgomotul ambiental decât electronii.

O fizică nouă

Acest lucru oferă ceasului nuclear un factor de calitate mult mai ridicat, permițând stabilizarea sa pe perioade lungi. Dispozitivul se bazează pe un izotop rar numit toriu-229, al cărui nucleu posedă o stare excitată de energie neobișnuit de joasă, ce poate fi manipulată cu ajutorul luminii laser ultraviolete.

Un avans tehnologic crucial a fost dezvoltarea laserelor cu undă continuă care operează la lungimea de undă exactă necesară pentru a excita nucleul de toriu, permițând ajustarea și corectarea instantanee a frecvenței. Datorită acestei configurații, echipa a menținut ceasul nuclear în funcțiune timp de 24 de ore.

Spre deosebire de ceasurile atomice optice, care necesită atomi ultrareci suspendați în camere de vid, nucleele de toriu sunt înglobate într-un cristal solid la temperatura camerei. Această caracteristică va permite pe viitor construirea unor dispozitive compacte, extrem de utile pentru sistemele de navigație, rețelele de telecomunicații și sincronizarea datelor, scrie LiveScience.

Un obiectiv care părea imposibil

Dincolo de măsurarea timpului, fizicienii sunt entuziasmați de potențialul ceasului de a testa legile universului. În timp ce ceasurile atomice analizează interacțiunile electromagnetice ale electronilor, ceasurile nucleare sunt sensibile la forța nucleară puternică, forța nucleară slabă și electromagnetism, trei dintre cele patru forțe fundamentale.

Toriu-229 este ideal deoarece diferența de energie dintre stările sale nucleare rezultă dintr-un echilibru fragil între forțele electromagnetice și cele nucleare.

Orice fluctuație minoră în aceste forțe fundamentale, cum ar fi cuplarea nucleului cu anumite forme de materie întunecată sau oscilația unei constante fizice, ar fi amplificată și detectată imediat de ceas. Deși tehnologia este abia la început, ea deschide calea către o fizică complet nouă.

Vă mai recomandăm să citiți și:

A fost creat primul ceas nuclear din lume

”Ceasul Apocalipsei” se apropie de miezul nopţii odată cu abolirea Tratatului forţelor nucleare intermediare?

Centralele nucleare ruseşti sunt o bombă cu ceas

Un atom tocmai a încălcat una dintre cele mai mari reguli ale fizicii nucleare