Zakaj znanstveniki gradijo jedrsko uro? Ker atomske ure niso popolne

Naloga izgradnje ure, ki natančno ohranja čas, je popolnoma drugačna od urnega mehanizma. Običajne ure nam zelo dobro služijo za vsakodnevne praktične potrebe, vendar znanstvene raziskave in tehnologija, ki temelji na občutljivih meritvah, zahtevajo ure, ki lahko izmerijo čas z največjo natančnostjo. Tako so znanstveniki izumili atomske ure - in čeprav so bolj natančni v času zadrževanja kot običajni sistemi, je ostalo še veliko prostora za izboljšave. Zdaj se znanstveniki premikajo iz atomskega sveta v jedrski svet. Nova študija, objavljena leta 2006. T Narava kaže, da so nemški fiziki razvili uro, ki lahko izgubi manj kot desetino sekunde na vsakih 20 milijard let. To je - odvisno od tega, kako ga gledate - 10-krat boljše od trenutnih atomskih tehnologij

Toda preden zakopamo atomske ure, si poglejmo, kaj jih razlikuje od prednikov, ki se raztezajo z nihalom.

Vsaka ura uporablja resonator za sledenje časa. Resonator je mehanizem, ki zaradi poenostavitve redno »klopi«. Stare ure so kot rezonator uporabljale nihalo in zobnike. Digitalne ure uporabljajo oscilacije na električnem vodu ali kristal kvarca kot resonator. Atomska ura vzame to idejo nekaj korakov naprej z uporabo resonančnih frekvenc samih atomov kot resonatorja. V tem sistemu resonator regulira elektromagnetno sevanje, ki ga oddaja kvantni prehod atoma. Z drugimi besedami, atomska ura beleži čas z merjenjem energetskih sprememb v atomskem deležu.

Za nekatere elemente in njihove izotope se to zgodi pri enakomernih frekvencah. Cezij-133, na primer, niha natančno 9.192.631.770 ciklov na sekundo. Zato je bila leta 1955 uporabljena za izgradnjo prve atomske ure v Nacionalnem fizikalnem laboratoriju v Združenem kraljestvu.

Od takrat so številni tehnološki napredki privedli do natančnejših atomskih ur - vključno z laserskim hlajenjem in prestrezanjem atomov, natančnejšo lasersko spektroskopijo in odkrivanjem drugih izotopskih elementov, ki kažejo še bolj dosledne resonančne frekvence. Trenutni rekordni nosilec za najbolj točne atomske ure temelji na odčitkih ionov iterbija.

Razlog, zakaj so atomske ure tako kritične, je povezan z dejstvom, da ure merijo čas na različnih višinah. Če je ura daljša od glavnega vira gravitacije, hitreje teče čas (tj. Ura bo hitrejša na Mount Everestu kot na morski gladini). Razlika je na videz zanemarljiva, vendar se lahko šteje, ko je več časov.

Toliko naših tehnologij danes deluje kot globalne aplikacije, kot je GPS. Da bi zagotovili, da tečejo ob istem času, ne glede na to, kje nekdo je, morajo biti vezani neposredno na točno uro. Ni boljšega načina, da bi kot standard uporabili atomske ure. V najnovejši študiji je nemška raziskovalna skupina predstavila idejo, s katero bi neposredno merila nihanja jedrnega jedra elementa (v nasprotju z elektroni, ki obdajajo jedro). Atomska ura, ki temelji na tej zasnovi, se lahko izogne ​​vplivu zunanjih sil. Raziskovalna skupina ugotavlja stanje vzbujanja v izotopu torija Th-229m, ki bi lahko delovalo - in ponazarja eksperimentalne ugotovitve, ki podpirajo ta pojem.

Obstaja samo ena težava: Th-229m se ne pojavlja naravno. Čeprav so rezultati nove študije impresivni, ni povsem jasno, kako lahko raziskovalci zberejo dovolj Th-229m za izgradnjo in vzdrževanje jedrske ure. V tem primeru so raziskovalci izvedli Th-229m, ki je kot vir uporabil uran-233. To ni preprost postopek.

Če znanstveniki ugotovijo, kako rešiti to majhno vprašanje in ustvarijo trajnostno količino Th-229m, iščemo novo generacijo atomskih ur, ki bodo nedvomno igrale pomembno vlogo, ko bomo gradili več in več tehnologije, ki se razteza po vsem svetu in služi ljudem v vsakem kotičku sveta.