Takiego zegara atomowego jeszcze w historii ludzkości nie było. Jego precyzyjność szokuje
Międzynarodowy zespół badawczy z udziałem dr Olgi Kocharovskiej - wybitnej profesorki na Wydziale Fizyki i Astronomii na teksańskim uniwersytecie Texas A&M i inicjatorki badań - jest o krok od stworzenia nowej generacji zegarów atomowych o oszałamiającym potencjale, który może odmienić na naukę, począwszy od fizyki jądrowej po nawigację satelitarną i telekomunikację.
Jeśli naukowcy odniosą sukces, ludzkość będzie dysponować zegarami nowej generacji, które zapewnią dokładność do jednej sekundy na 300 mld lat. To około 22 razy więcej niż wiek Wszechświata, który wynosi około 23,8 mld lat.
Skand-45 i najdokładniejszy zegar w historii
Prace zespołu kierowanego przez innego wybitnego naukowca z amerykańskiego Narodowego Laboratorium Argonne - doktora Jurija Shvydko - doprowadziły po raz pierwszy do wzbudzenia izomeru jądrowego pierwiastka, jakim jest skand-45 za pomocą najjaśniejszych na świecie impulsów rentgenowskich i określiły położenie tego rezonansu jądrowego z niespotykaną dotąd dokładnością.
Skand - pierwiastek stosowany w komponentach lotniczych i sprzęcie sportowym - zapewnia dokładność wynoszącą jedną sekundę na 300 miliardów lat, czyli mniej więcej tysiąc razy większą precyzję niż obecnie używane standardowe zegary atomowe. Połączenie skandu-45 i ultrajasnych impulsów promieniowania rentgenowskiego przybliżyło badaczy do stworzenia pierwszego w historii zegara atomowego, który mógłby wykorzystać oscylacje jądra atomowego, a nie jego powłoki elektronowej do odmierzania czasu.
Jak wyjaśnia Kocharovska:
Do celów wymagających takiej precyzji, w tym do badania niektórych aspektów teorii względności, teorii grawitacji i innych zjawisk fizycznych, takich jak ciemna materia, zegar atomowy jest najlepszym narzędziem. Zegary atomowe, takie jak zegar cezowy-133 lub zegar strontowy-87, opierają się na oscylacjach elektronów w atomie, które mogą oscylować na bardzo wiarygodnych częstotliwościach, gdy są wzbudzane przez promieniowanie mikrofalowe lub optyczne.
Zainteresowania badawcze Kocharovskiej w ciągu ostatniej dekady skupiały się na rozszerzeniu obszaru tradycyjnej optyki kwantowej o powstającą dopiero dziedzinę optyki kwantowej jądrowej lub rentgenowskiej. Polega ona na kontroli rezonansowego oddziaływania fotonów rentgenowskich i tzw. przejść jądrowych.
W trakcie tego skomplikowanego procesu, którego nie ma sensu tutaj objaśniać, skand-45 został zidentyfikowany jako najlepszy pierwiastek do użycia w zegarze atomowym nowej generacji. Jedyną wątpliwością było to, czy możliwe jest jego efektywne zastosowanie przy użyciu dostępnych źródeł promieniowania rentgenowskiego.
Więcej o najnowszych osiągnięciach nauki:
Wytrwałość się opłaciła
Projekt dr Kocharovskiej na początku - jak wiele przełomowych przedsięwzięć naukowych - nie został przyjęty zbyt entuzjastycznie, ponieważ uznano go za obarczony wysokim ryzykiem. Jednak potencjalny wysoki zysk w przypadku sukcesu ostatecznie sprawił, że został sfinansowany, co pozwoliło na osiągnięcie pierwszych sukcesów. Jak mówi Kocharovska:
Gdy tylko w ciągu pierwszych kilku godzin od gromadzenia danych zaobserwowaliśmy oddźwięk, wszyscy z radością świętowaliśmy ten sukces. Było to satysfakcjonujące dla nas wszystkich, ale szczególnie dla Jirija, który już 33 lata temu zdał sobie sprawę z wysokiego potencjału naukowego skandu-45 w zakresie spektroskopii jądrowej o super rozdzielczości oraz możliwości jego wzbudzenia za pomocą nowoczesnych źródeł promieniowania rentgenowskiego opartych na akceleratorach.
Zachęcony obiecującymi wynikami badań, zespół zamierza z jeszcze większym zapałem przystąpić do dalszych prac. Jego celem jest osiągnięcie jeszcze większej dokładności pomiarów czasu.
