Bilim insanları, Dünyanın ilk nükleer saatini tanıttı

“Nükleer saat”, bir atomun çekirdeğinden gelen küçük sinyaller aracılığıyla zamanı ölçebilen cihaz 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 seviyesine yaklaştırıyor.”

Atom saatleri ve nükleer saatler

Atom saatleri uzun zaman dilimleri boyunca çok kararlı kalabildikleri için bilim insanlarının yapmaları gereken en hassas ölçümlerden bazıları için en güvenilir seçenek oldular. Kol saatinizdekiler gibi sıradan saatler zamanı tutmak için bir kuvars kristal osilatörü kullanır. Bu kristaller, eski duvar saatlerindeki sarkaçlar gibi zamanın geçişini ölçen belirli frekanslarda titreşir. Ancak uzay aracının pozisyonlarını kontrol etmek gibi yüksek riskli ölçümler için en yüksek hassasiyet seviyesi gereklidir.

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

Ayrıca nükleer saat, hatalı elektromanyetik alanlar tarafından rahatsız edilebilen ve etkilenebilen elektronları ölçmediği için bir atom saatinden daha az gürültü ve parazite sahip olacaktır. Ancak, genellikle bilim insanlarının çekirdeğin zamanı takip etmek için gerekli enerji sıçramalarını yapmasını sağlamak amacıyla, çekirdeği özel olarak tasarlanmış bir tür X-ışınıyla vurmaları gerekiyor. Yeni tanımlanan saat ise enerji sıçramaları yapmak için çekirdeği yalnızca ultraviyole ışığa ihtiyaç duyan toryumu kullanıyor.

Yeni tanıtılan nükleer saat, henüz günümüzün en iyi atom saatlerinden daha hassas değil. Ancak ekip, sadece birkaç yıl içinde aradaki farkın kaybolarak tersine döneceğini söylüyor. Tu Wien fizikçisi ve ekip üyesi Thorsten Schumm, “İlk otomobiller, at arabalarından daha hızlı 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, zamanı takip etmek için binlerce atomu hapsediyor ve her 30 milyar yılda yalnızca bir saniye kaybediyor. Evrenimizin henüz 14 milyar yaşında olmadığı ve Dünya 5 milyar yaşına ulaşmadığı düşünülürse, bu kaybın oldukça kabul edilebilir olduğu rahatlıkla söylenebilir.