Bağımsız iki araştırma ekibi ilk nükleer saatleri başarıyla üretti. Yeni cihazlar yirmi yıllık bilimsel araştırmaların sonucunu temsil ediyor. Nükleer saatler temel fizik testlerinde kritik araçlar haline geliyor. Mevcut atom saatleri atomun temel durumundaki elektron geçişlerini izliyor. Bu cihazlar uydu navigasyonu ve telekomünikasyon ağlarında görev yapıyor. Atom saatleri karanlık madde ve kütleçekim dalgası araştırmalarına katılıyor. Geleneksel saatler mikrodalga aralığındaki frekans boşluklarını doğrudan kullanıyor. Modern optik saatler daha yüksek frekanslı optik geçişleri inceliyor. Optik saatler belirli bir sürede daha fazla tıklama üretiyor.
Optik Saatlerden Nükleer Saatlere Geçiş
Nükleer saatler prensipte çok daha yüksek bir hassasiyet sunuyor. Cihazlar elektromanyetik alanlardan kaynaklanan bozulmalara karşı yüksek direnç gösteriyor. Bu sistemler yüksek frekanslı ultraviyole geçişlerden doğrudan yararlanıyor. Dar nükleer geçişleri sürmek son derece kararlı lazerler gerektiriyor. Araştırmacılar toryum-229 çekirdeklerindeki geçişleri kullanarak bu engeli başarıyla aştı. Birinci ekip toryum-229 nükleer geçişinin lazer uyarımını başarıyla gösterdi. Uzmanlar toryum-229 izotopunu kalsiyum florür kristalleri içine doğrudan yerleştirdi. Bu yöntem sıkışmış atomları kullanmayan katı hal cihazı yarattı. İkinci ekip 148.4 nanometre dalga boyunda sürekli dalga lazeri üretti. Ekip sadece 1.4 mikrogram izotop gerektiren küçük kristaller geliştirdi.
Lazer Sistemleri ve Kararlılık Ölçümleri
İki ekip de sürekli dalga ultraviyole lazerleri doğrudan kullandı. Uzmanlar nükleer rezonansı izlemek için doğrudan soğurma spektroskopisi uyguladı. Sistem lazer frekansını istenen geçişe kilitlemek için geribildirim kullandı. Uzmanlar yeni cihazları standart atom saatleriyle sürekli olarak karşılaştırdı. Birinci ekip kristallere çok daha fazla toryum-229 izotopu yerleştirdi. İkinci ekip daha yüksek güçte lazer ışığı başarıyla üretti. İki özellik de sinyal-gürültü oranını doğrudan iyileştirme eğilimi gösteriyor. İkinci cihaz frekans kararsızlığında saniyede 5×10^-13 değerini başarıyla yakaladı. Birinci cihaz ise saniyede 3×10^-12 seviyesinde kararlılık sundu.
Temel Fizik ve Gelecek Hedefleri
Birinci ekip cihazı temel fizik araştırmalarında doğrudan görevlendirdi. Uzmanlar ultra hafif skaler karanlık madde bağlantılarını doğrudan aradı. Ekip nükleer geçiş enerjisindeki dalgalanmaları ve sapmaları detaylıca kısıtladı. Çalışma karanlık maddenin fotonlara ve güçlü nükleer kuvvete bağlantısını inceliyor. Sonuçlar en iyi atom saatleriyle tamamen benzer sınırlar belirliyor. İkinci ekip yüksek güçlü vakum ultraviyole sorgulamasına odaklanıyor. Ekip bağımsız üretilen iki kristalin geçiş frekanslarını doğrudan doğruladı. Ölçümler önceki vakum ultraviyole frekans tarağı verileriyle tamamen uyuşuyor.
Araştırmacılar kristaldeki toryum katkı maddesinin temel yapısını incelemeye devam ediyor. Cihazlar şu anda 30 kilohertz rezonans çizgi genişliği gösteriyor. Ancak doğal çizgi genişliğinin 1 hertz değerinin altında kalması gerekiyor. Bu düşük değer çok daha kararlı bir saat çalışması sağlıyor. Bilim insanları gelecekte daha iyi konak kristaller geliştirmeyi hedefliyor. Uzmanlar hapsolmuş iyon toryum nükleer saati yaratmayı da doğrudan amaçlıyor. Bu sistem saati çevresel faktörlerden çok daha iyi izole ediyor. Yöntem kuantum kontrol tekniklerini nükleer saatlerde yeniden kullanmayı sağlıyor. Sistemler karanlık madde kaynaklı ufak fiziksel etkileri güçlü şekilde artırıyor.
Haberi Derleyen: Dilara SİPAHİ
KAYNAKÇA: https://physicsworld.com/a/nuclear-clocks-finally-see-the-light/