Bilim insanları, zamanı atom çekirdeğindeki enerji geçişleri üzerinden ölçen ilk çalışan nükleer saatleri geliştirdi. Avusturya ve Çin'deki araştırma ekiplerinin birbirinden bağımsız çalışmaları, Nature dergisinde yayımlanan iki araştırmayla duyuruldu.
Yeni teknoloji, mevcut atomik saatlerden farklı olarak zaman ölçümünde elektronların enerji seviyeleri arasındaki geçişler yerine atom çekirdeğindeki nükleer geçişleri kullanıyor. Araştırmacılar, bu yöntemin gelecekte daha hassas zaman ölçümlerinin önünü açabileceğini ve temel fizik araştırmalarında yeni olanaklar sağlayabileceğini belirtiyor.
Atomik saatlerden farklı çalışıyor
Atomik saatler, yaklaşık 70 yıldır zaman ve frekans ölçümlerinde en hassas teknolojiler arasında yer alıyor. Yeni nesil nükleer saatlerde ise frekans referansı atomun elektronlarından çekirdekteki enerji geçişlerine taşınıyor.
Çalışmalarda özellikle toryum-229 atomunun çekirdeğindeki düşük enerjili ve lazerle erişilebilen geçiş kullanıldı. Bu özellik, nükleer saatlerin kompakt ve çevresel etkilere karşı daha dayanıklı sistemler olarak geliştirilmesine imkân sağlayabilir.
İlk nükleer saatler çalıştırıldı
Çin'deki ekip, toryum-229 çekirdeklerini kalsiyum florür kristalleri içine yerleştirerek lazer tabanlı bir nükleer saat geliştirdi. Araştırmacılar, sistemi kararlı hale getirerek nükleer geçişi bir saat referansı olarak kullanmayı başardı.
Avusturya'daki ekip de toryum-229 çekirdeklerini kullanarak bir nükleer saat oluşturdu ve sistemi bir ytterbiyum iyon saatine karşılaştırdı. Ekip, elde edilen sistemin gelecekte hassasiyet açısından önemli ölçüde geliştirilebileceğini ortaya koydu.
Karanlık madde araştırmalarında kullanılabilir
Nükleer saatlerin kullanım alanı yalnızca daha hassas zaman ölçümüyle sınırlı olmayabilir. Araştırmacılar, toryum-229'un nükleer geçişinin temel fizik yasalarını test etmek ve karanlık maddeye ilişkin olası etkileri araştırmak için kullanılabileceğini gösterdi.
Avusturya'daki çalışmada nükleer saat, karanlık maddenin atom çekirdeğiyle etkileşimine ilişkin olası modelleri sınamak amacıyla kullanıldı. Elde edilen sonuçlar, bazı karanlık madde etkileşimlerine yönelik mevcut hassas ölçümlerle karşılaştırılabilir sınırlar ortaya koydu.
Nükleer saatlerin hassasiyeti henüz zirvede değil
İlk çalışan sistemlerin geliştirilmesi önemli bir eşik olarak görülse de nükleer saatler henüz en gelişmiş atomik saatlerin hassasiyet seviyesine ulaşmış değil.
Buna rağmen araştırmacılar, lazer teknolojileri ve diğer bileşenlerde yapılacak iyileştirmelerle nükleer saatlerin kararlılığının ve hassasiyetinin artırılabileceğini öngörüyor. Nature da çalışmaları, nükleer saatlerin gelecekteki zaman standartları ve temel fizik araştırmaları açısından önemli bir dönüm noktası olarak değerlendiriyor.
