Avusturya ve Çin’deki araştırma ekipleri, yaklaşık 50 yıldır üzerinde çalışılan nükleer saat teknolojisini çalışan cihazlarla ortaya koydu. Prototipler şimdilik atomik saatlerden daha hassas değil; ancak geliştirilerek zaman ölçümünde ve fizik araştırmalarında yeni olanaklar sunabilir.
İki ekip, nükleer saatleri çalıştırmayı başardı
Viyana ve Pekin’de çalışmalarını birbirinden bağımsız yürüten ekipler, sonuçlarını Nature dergisinde yayımlanan iki ayrı araştırmayla duyurdu. Yaklaşık yarım asırdır geliştirilmeye çalışılan nükleer saat fikri böylece ilk kez çalışan sistemlere dönüştü.
Mevcut prototipler, ölçüm hassasiyeti bakımından geleneksel atomik saatlerin önünde değil. Araştırmacılar, teknoloji ilerledikçe nükleer saatlerin atomik saatleri geride bırakma potansiyeli taşıdığını belirtiyor.
Nükleer saat, çekirdekteki geçişleri izliyor
Atomik saatlerde lazer ya da mikrodalgalar, atomun çevresindeki elektronları farklı enerji seviyeleri arasında geçirerek zamanı ölçüyor. Nükleer saatlerde ise lazer doğrudan atom çekirdeğiyle etkileşiyor; ölçüm, çekirdekteki proton ve nötronların enerji seviyeleri arasındaki geçişlere dayanıyor.
İki ekip de bu amaçla toryum-229 izotopundan yararlanıyor. Toryum atomları, katı kalsiyum florür kristallerine yerleştiriliyor ve yüksek güçlü lazerlerle uyarılıyor. Geleneksel atomik saatlerde sezyum ve stronsiyum gibi elementler kullanılabiliyor; bu sistemlerde elektronların kararlı enerji geçişleri hassas zaman ölçümünü mümkün kılıyor.
Atom çekirdeği, elektronların bulunduğu atom kabuğundan daha küçük ve çevresel etkilere karşı daha dayanıklı. Bu nedenle çekirdekteki enerji geçişlerini izlemek, teorik olarak daha kararlı ve hassas ölçümlere imkân verebilir.
Viyana ve Pekin sistemlerinin farklı güçlü yönleri var
Viyana ekibinin kullandığı kristaller daha yüksek toryum yoğunluğuna ve daha iyi optik özelliklere sahip. Pekin ekibinin sisteminde ise daha güçlü bir lazer bulunuyor. Araştırmacılara göre iki yaklaşımın avantajlarını bir araya getirmek, mevcut prototiplerden daha gelişmiş nükleer saatlerin üretilmesini sağlayabilir.
Gelecekte bu saatlerin en hassas atomik saatlerden daha küçük ve çevresel koşullara karşı daha dayanıklı hâle getirilmesi hedefleniyor. Daha hassas zaman ölçümü; uydu tabanlı navigasyonun doğruluğu, veri aktarımında senkronizasyon, haritacılık, hassas ölçüm ve telekomünikasyon gibi alanlarda kullanılabilir.
Nükleer saatle karanlık madde araştırması yapıldı
Viyana ekibi, geliştirdiği nükleer saati karanlık maddeyi tespit etmeye yönelik bir deneyde kullandı. Saatin hassas ölçüm kapasitesi, karanlık maddenin atomların davranışlarında oluşturabileceği çok küçük etkilerin araştırılmasına imkân tanıyabilir.
Deneyde karanlık madde tespit edilemedi. Bununla birlikte çalışma, nükleer saatin bu tür hassas fizik deneylerinde en gelişmiş atomik saatlerle benzer düzeyde performans gösterebildiğini ortaya koydu. Araştırmacılara göre teknolojinin ilerlemesi, mevcut fizik teorilerinin sınanmasına ve henüz keşfedilmemiş olayların incelenmesine yardımcı olabilir.
