Prelom vo vede. Výskumníci predstavili prvé „jadrové hodiny“ na svete
Výskumníci predstavili prvé jadrové hodiny, ktoré by nám mohli poskytnúť doteraz nevídanú presnosť v meraní času.
Atómové hodiny sú najpresnejší merací systém, aký poznáme a používame ho už roky. Výskumníci z technickej univerzity TU Wien ale po prvýkrát predstavili jadrové hodiny, ktoré prinášajú ešte presnejšie výsledky.
V rámci výskumu sa vedcom podarilo po prvýkrát prehodiť jadro atómu do iného stavu pomocou laseru. To sa môže využiť na mimoriadne presné merania. Len týždeň po tomto revolučnom úspechu výskumníci predstavili tento proces v praktickom zariadení, v jadrových hodinách.
Presnejšie sa vedcom podarilo skombinovať mimoriadne presné optické atómové hodiny s vysokoenergetickým laserovým systémom a úspešne ich spojili s kryštálom, v ktorom sa nachádzalo jadro atómu tória. Toto jadro sa môže podľa slov autorov použiť na meranie času, pričom prináša ešte presnejšie výsledky ako tradičné atómové hodiny.
Najpresnejšie hodiny na svete
Zariadenie, ktoré výskumníci predstavili, ale zatiaľ nie je presnejšie ako bežné atómové hodiny, no to však nebolo ani zámerom.
“V rámci našej práce sme vďaka tomuto prototypu potvrdili, že tórium môžeme využiť ako merač času pre extrémne presné výsledky. Momentálne nás čaká technický vývoj, no neočakávame, že by sme čelili nejakým výraznejším prekážkam,” tvrdí Thorsten Schumm, vedúci nového výskumu.
Každé hodiny potrebujú niečo, čo slúži ako časomiera. V prípade tradičných kyvadlových hodín je tou časomierou pohyb kyvadla. Najpresnejšie hodiny používajú ako časomieru oscilácie elektromagnetických vĺn. Presnejšie používajú oscilácie laserového lúča. Problém je, že frekvencia lasera sa môže postupom času jemne meniť, preto výskumníci potrebujú frekvenciu upravovať.
Neprehliadnite
K laseru však potrebujeme aj kvantový systém, ktorý veľmi selektívne reaguje na špecifickú frekvenciu. Tým kvantovým systémom by mohli byť atómy stroncia alebo cézia. Keď atómy zasiahne laser so špecifickou frekvenciou, elektróny atómov sa prehodia z jedného kvantového stavu do druhého, čo vedci dokážu merať.
Vedci už dlhú dobu predpokladali, že ak by sa dal tento proces urobiť nie s atómom, ale priamo s atómovým jadrom, vedci by dokázali dosiahnuť ešte väčšiu presnosť. Jadrá atómov sú oveľa menšie a reagujú menej na rôzne rušivé vplyvy. Problémom bolo, že prehodenie jadra atómu medzi rôznymi stavmi si vyžadovalo približne tisíckrát viac energie než majú fotóny lasera.
Výnimkou je tórium, ktoré má dva stavy energeticky podobné, preto medzi nimi možno prepínať aj s laserom.
“Ak chceme dosiahnuť tento efekt, musíme energetický rozdiel medzi týmito dvoma stavmi poznať mimoriadne presne. Už roky výskumníci pátrali po presnej hodnote tohto energetického rozdielu a my sme prví, ktorým sa to podarilo,” vysvetlil Schumm.
Rapídny pokrok novej technológie
Krátko na to výskumníci predstavili prvé jadrové hodiny na svete. Ako sme už spomenuli, ide o prvý prototyp takýchto hodín, preto ešte neponúka lepšiu presnosť. Cieľom výskumníkov ale bolo len dokázať, že je niečo takéto možné. Postupne hodiny vylepšujú a veria, že už čoskoro dostaneme hodiny, ktoré by merali čas presnejšie ako atómové hodiny.
“Prvé autá neboli rýchlejšie ako vozy, išlo iba o predstavenie konceptu. Presne to isté sme dokázali s jadrovými hodinami,” tvrdia výskumníci.
Keď vedci po prvýkrát vykonali zmenu v stave jadra atómu, podarilo sa im určiť frekvenciu v rozmedzí pár gigahertzov. To bolo oveľa lepšie ako čokoľvek, čo sa vedcom podarilo. V rámci ďalších experimentov zvýšili presnosť na rozmedzie kilohertzov. Ak aj ďalší pokrok pôjde tak rýchlo ako doteraz, autori výskumu veria, že jadrové hodiny prekonajú aj najlepšie atómové hodiny do dvoch, maximálne troch, rokov.
Výskumníci vysvetľujú, že jadrové hodiny nie sú len o meraní času. V budúcnosti by sme mohli vďaka nim presnejšie merať aj iné veci. Jadrové hodiny by pomohli v niekoľkých rôznych vedeckých odboroch, od geológie až po astrofyziku.
Komentáre