ניסויים עם המתכתתוריוםחשפו מוזרות מוזרה שיכולה לשמש בכיתה חדשה לגמרי של שעון אטומי, וסללה את הדרך לשיטת שמירת זמן מדויקת יותר ממה שהייתה לנו אי פעם.
נכון לעכשיו, סוגי השעונים בעלי הדיוק הגבוה שבהם אנו משתמשים כדי לתאם לווייני מיקום גלובליים מבוססים על פגיעה באלקטרון בכמות האנרגיה הנכונה כדי לאלץ אותו לקפוץ ממסלולו ולחזור שוב.
קפיצה קוונטית זעירה זו לוקחת פרק זמן מדויק מאוד, כזה שניתן לזהות ולהשתמש בו כמטוטלת זעירה - כךהמודרנית הפרקטית ביותר"שעונים אטומיים" עלולים לאבד שנייה כל כמה מאות מיליוני שנים בערך.
מאמצים נוכחייםעל ידי קבוצות כגוןהמכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה של ארה"בנסו לשפר את הדיוק על ידי קירור והגדלת צפיפות החלקיקים, אך עדיין ניתן לזרז אלקטרונים בקלות מדי פעם.
סְבִיבלפני 15 שנים, פיזיקאים מ-Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) בגרמניה החלו לקחת ברצינות את האפשרות להשתמש במצבי מעבר בגרעין אטום כדרך למדידת זמן.
הצפיפות של חלקיקים ארוזים בגרעין - כמו זה שבאטום תוריום - פירושה שהוא יהיה הרבה פחות מופרע, ולכן תיאורטית יכול לשמור על פעימות באמינות גדולה עוד יותר.
הבעיה היחידה היא שרוב האטומים זקוקים לבעיטה חזקה כדי לגרום לגרעין שלהם להפוך למצב נרגש מספיק כדי 'לתקתק', אז אתה צריך קרני רנטגן או קרני גמא כדי להתחיל בהם.
הגרעין של תוריום-229 בולט ביכולתו ליצור איזומר במצב נרגש שיציב באופן זמני (הידוע כמצב 'מטיסטי') כאשר הוא נשטף באור UV, מה שהופך אותו למועמד הטוב ביותר עד כה לשעון אטומי אופטי המבוסס על גרעין של אטום.
הפיכת התיאוריה לפיסת טכנולוגיה מעשית הוכחה כאתגר הודות לטווח הצר של אורכי הגל הנדרשים.
"כפי שרצוי לשעון, התהודה של המעבר היא חדה ביותר וניתן לצפות בה רק אם התדירות של אור הלייזר תואמת במדויק להפרש האנרגיה של שני המצבים."אומר הפיזיקאי Ekkehard Peik.
"לכן הבעיה דומה לחיפוש הפתגם אחר מחט בערימת שחת."
כדי לחפש את ה'מחט' הזו, פיק ועמיתיו היו צריכים לדעת כמה דברים על ערימת השחת שהיא ישבה בה.
בעבודה עם חוקרים מ- Ludwig-Maximilians-Universität במינכן, הצוות ניתח צורות מטא-יציבות של האיזומר תוריום-229 שנלכדו במצב נרגש כשהם מתפוררים מתוך אטומי אורניום.
על ידי פגיעה באטומים הכלואים בלייזר וחקר ספקטרום האור המופק על ידי האלקטרונים המשתנים שלהם, הצוות יכול לשפוט את התפלגות המטען על פני הגרעין שלהם.
התוצאה הסופית היא תמונה טובה יותר של הגרעין שתעזור להפחית את טווח התדרים הנדרשים כדי להעביר את גרעין האטום ממצב קרקע למצב נרגש, לגרום לו לתקתק כמו שעון.
לא ברור עד כמה מדויק יהיה שעון גרעיני מבוסס תוריום, אבל הוא בהחלט יפתח צוהר לדרך חדשה לגמרי למדידת שניות חולפות.
חידוד הדיוק של שעונים כאלה יכול למלא תפקיד חשוב בחיפוש שלנו אחר הזהות החמקמקה של, פוטנציאלי לזיהוי רק כשהמסה שלו מתעוותת בזמן.
זו מחט אחת שאנחנו נרגשים למצוא.
מחקר זה פורסם בטֶבַע.
