اکنون که محققان آلمان و اتریش نشان داده‌اند که می‌توانند هسته‌های این ایزوتوپ را در حالتی کم‌پایدار قرار دهند، یک ساعت هسته‌ای مبتنی بر توریم-229 یک قدم نزدیک‌تر شده است.

انرژی برانگیختگی بسیار کم 8 eV مربوط به نور در خلاء فرابنفش است که می تواند توسط لیزر تولید شود. در نتیجه، انتقال می تواند برای ایجاد یک ساعت دقیق استفاده شود. چنین ساعت هسته ای، در اصل، پایدارتر از ساعت های اتمی موجود است، زیرا بسیار کمتر در برابر نویزهای محیطی حساس است. یک ساعت هسته ای همچنین می تواند کاربردی تر باشد زیرا بر خلاف ساعت اتمی، می تواند یک دستگاه کاملاً حالت جامد باشد.

با این حال، این دقت و پایداری بالا، مشاهده و برانگیختن این انتقال را دشوار می‌کند، زیرا نور درگیر دارای پهنای باند بسیار باریکی است و یافتن آن دشوار است. در واقع، تنها سال گذشته بود که محققان سرن این را ساختند اولین اندازه گیری مستقیم از فوتون های انتقال، در حالی که وجود انتقال در سال 2016 تایید شد.

لیزر کم هزینه

توریم-229 تنها هسته‌ای نیست که برای استفاده در ساعت هسته‌ای مورد کاوش قرار گرفته است. کار کنید scandium-45 پیشرفته تر است، اما این هسته دارای انرژی گذار 12.4 کو است. این بدان معناست که برای ایجاد ساعت باید با لیزر اشعه ایکس جفت شود - و چنین لیزرهایی بزرگ و گران هستند.

این تحقیق جدید با همکاری فیزیکدانان موسسه فدرال فیزیک و فنی در براونشوایگ آلمان و دانشگاه فناوری وین در اتریش انجام شد. یکی از اعضای تیم است اککهارد پیک, who came up with the idea of a nuclear clock twenty years ago.

ساعت های هسته ای و اتمی تقریباً به یک شکل کار می کنند. انتقال مورد علاقه توسط یک لیزر (یا میزر) برانگیخته می شود و نور ساطع شده به مکانیزم کنترل بازخورد ارسال می شود که فرکانس لیزر را به فرکانس انتقال قفل می کند. فرکانس بسیار پایدار نور لیزر، خروجی ساعت است.

اولین ساعت‌ها (و استاندارد بین‌المللی زمان فعلی) از امواج مایکروویو و اتم‌های سزیم استفاده می‌کنند، در حالی که بهترین ساعت‌های امروزی (به نام ساعت‌های نوری) از نور و اتم‌هایی از جمله استرانسیوم و ایتربیوم استفاده می‌کنند. ساعت‌های اتمی نوری آنقدر قابل اعتماد هستند که حتی بعد از میلیاردها سال فقط چند میلی‌ثانیه از بین می‌روند.

کوچکتر بهتر است

بخش بزرگی از این عملکرد به نحوه به دام افتادن اتم ها و محافظت در برابر نویز الکترومغناطیسی مربوط می شود - که یک چالش تجربی مهم است. در مقابل، هسته ها بسیار کوچکتر از اتم ها هستند، به این معنی که برهمکنش بسیار کمتری با نویز الکترومغناطیسی دارند. در واقع، به جای جدا شدن در یک تله، می توان هسته های ساعت را در یک ماده جامد جاسازی کرد. این امر طراحی ساعت را تا حد زیادی ساده می کند.

فیزیکدانان اتریشی و آلمانی در آزمایش خود، کریستال‌های فلوراید کلسیم را با هسته‌های توریم 229 که از برنامه خلع سلاح هسته‌ای در ایالات متحده به دست آوردند، دوپ کردند. کریستال های آغشته به توریم فقط چند میلی متر عرض داشتند. آنها سپس از یک لیزر رومیزی برای برانگیختن توریم-229 به حالت هسته ای کم انرژی مورد نظر استفاده کردند. این برانگیختگی با استفاده از تکنیکی به نام فلورسانس رزونانس تأیید شد که شامل تشخیص فوتون‌هایی است که هنگام فروپاشی هسته‌های برانگیخته به حالت پایه، ساطع می‌شوند.

ساعت‌های هسته‌ای: چرا آزمایش در سرن آنها را به واقعیت نزدیک‌تر می‌کند

این تحقیق گام بسیار مهمی در توسعه ساعت هسته ای است پیت ون دوپن از KU Leuven در بلژیک که روی ساعت های هسته ای کار می کند. "این ثابت می کند که این توسعه از نظر فنی امکان پذیر است، همچنین برای ساعت های حالت جامد. ما فرض می‌کردیم که تحریک لیزری انتقال هسته‌ای در تله‌های نوری قابل تشخیص است، اما تا کنون تردیدهایی وجود داشت که آیا این موضوع در کریستال‌های حالت جامد نیز وجود دارد.

کاربردهای بالقوه برای ساعت‌های هسته‌ای در آینده عمدتاً در تشخیص تغییرات زمانی کوچک است که می‌تواند به فیزیک جدید فراتر از مدل استاندارد اشاره کند. این می تواند شامل تغییرات در نیروهای اساسی و ثابت باشد. به طور خاص، ساعت‌ها می‌توانند با جستجوی تغییرات در نیروی هسته‌ای که هسته‌ها را به هم متصل می‌کند و در نهایت فرکانس ساعت را مشخص می‌کند، فیزیک جدیدی را آشکار کنند. در نتیجه، ساعت های هسته ای می توانند برخی از اسرار بزرگ در فیزیک مانند ماهیت ماده تاریک را روشن کنند.

این ساعت ها همچنین می توانند برای اندازه گیری اتساع زمان به دلیل تفاوت در کشش گرانشی زمین استفاده شوند. این کار را می‌توان با استفاده از ساعت‌های هسته‌ای مینیاتوری و بسیار متحرک روی تراشه‌هایی انجام داد که به راحتی می‌توان آن‌ها را به مکان‌های مختلف منتقل کرد. این برای انجام مطالعات ژئودزی و زمین شناسی بسیار مفید خواهد بود.

مقاله ای که تحقیق را تشریح می کند برای انتشار پذیرفته شده است نامه های بازنگری فیزیکی

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/excitation-of-thorium-229-brings-a-working-nuclear-clock-closer/