Două echipe de cercetători din Viena și Beijing au realizat, independent, primele ceasuri nucleare funcționale din lume, deschizând o nouă etapă în măsurarea timpului. Rezultatele au fost prezentate în două studii publicate miercuri în revista științifică Nature, potrivit Reuters.
Deocamdată, noile dispozitive nu sunt mai precise decât cele mai performante ceasuri atomice existente. Cercetătorii susțin însă că tehnologia are potențialul de a depăși actualele standarde, odată ce va fi perfecționată. Miza nu se limitează la măsurarea mai exactă a secundelor: ceasurile nucleare ar putea îmbunătăți navigația prin satelit, comunicațiile, transferurile de date și experimentele dedicate unor fenomene încă neexplicate de fizică.
– articolul continuă mai jos –
Cum funcționează un ceas nuclear
În ciuda denumirii, dispozitivul nu are nevoie de o reacție nucleară pentru a funcționa. Un ceas nuclear măsoară timpul urmărind modul în care un laser interacționează cu nucleul unui atom. Atât echipa de la Viena, cât și cea de la Beijing au folosit toriu-229, un izotop al toriului fixat în cristale solide de fluorură de calciu.
Ceasurile atomice tradiționale utilizează lasere sau microunde pentru a detecta schimbările de energie ale electronilor aflați în jurul nucleului. Aceste tranziții sunt extrem de regulate și funcționează ca un „tic-tac” de mare precizie.
În cazul ceasurilor nucleare, laserul interacționează direct cu protonii și neutronii din nucleu, determinând trecerea acestora între diferite niveluri de energie. Deoarece nucleul este mult mai mic decât învelișul electronic al atomului, oamenii de știință cred că aceste tranziții ar putea permite măsurători și mai stabile.
Actualele ceasuri atomice sunt deja atât de precise, încât ar pierde sau ar câștiga o singură secundă după miliarde de ani. Această performanță susține tehnologii folosite zilnic, de la sistemele de navigație prin satelit și rețelele mobile până la Internet și comunicațiile prin fibră optică.
Succesul aproape simultan al celor două echipe demonstrează că principiul poate funcționa prin metode experimentale diferite. Dispozitivul realizat la Viena utilizează cristale de toriu cu proprietăți optice mai bune și o concentrație mai mare, în timp ce cercetătorii de la Beijing dispun de un laser mai puternic.
„Dacă punem aceste componente împreună, putem construi un ceas semnificativ mai bun”, a spus Thorsten Schumm, fizician la Universitatea Tehnică din Viena și unul dintre coordonatorii echipei austriece.
De la GPS la căutarea materiei întunecate
Un ceas nuclear perfecționat ar putea îmbunătăți sincronizarea transferurilor de date, navigația prin satelit și măsurătorile de foarte mare precizie. Cercetătorii estimează că asemenea dispozitive ar putea deveni și mai compacte, dar și mai puțin sensibile la factorii externi decât unele dintre cele mai performante ceasuri atomice actuale.
Echipa din Viena a folosit deja noul dispozitiv într-un experiment destinat detectării materiei întunecate, una dintre marile enigme ale Universului. Deși existența acesteia este indicată de efectele gravitaționale observate de astronomi, materia întunecată nu a fost detectată direct până acum.
Cercetătorii au urmărit semnale extrem de fine care ar fi putut indica o interacțiune între materia întunecată și materia obișnuită. Experimentul nu a dus la o detectare, dar a demonstrat că ceasul nuclear poate realiza măsurători comparabile cu cele ale celor mai bune ceasuri atomice existente.
Tehnologia se află încă la început, iar performanțele dorite de fizicieni nu au fost atinse. Totuși, faptul că două echipe au construit independent dispozitive funcționale transformă o idee urmărită de decenii într-o realitate de laborator.
„Ne oferă acces la un univers complet nou al fizicii”, spune Schumm.
Sursa: Mediafax
About the Author
