פיזיקאים בדיוק בנו את השעון הגרעיני הראשון אי פעם
שומרי הזמן הטובים ביותר היום-שעונים אטומיים– בטל את התנודות הקוונטיות של אטום, במיוחד האלקטרונים שלו. אבל פיזיקאים חלמו זה מכבר על שעונים טובים עוד יותר הפועלים על גרעיני אטום, שפחות רגישים להפרעות סביבתיות. לפי מחקר חדש, החלום הזה עשוי להפוך בקרוב למציאות.
בשבוע שעבר, שני צוותים עצמאיים שבסיסם באירופה ובסין דיווחו על סט ראשון של תוצאות מניסויים באמצעות שעון גרעיני אטומי המבוסס על גבישים של סידן פלואוריד המכילים תוריום-229. שני המאמרים, שטרם עברו ביקורת עמיתים, זמינים כהדפסה מוקדמת ב-arXiv. בניסוי האירופי, חוקרים השוו כמה טוב הסתדר השעון מול שעונים אטומיים מובילים המעורבים בחיפוש אחר חומר אפל. הצוות הסיני, לעומת זאת, הפגין פעולת השעון להשוואת ביצועיו לשעונים אטומיים.
"תוצאות אלו מקימות פלטפורמה של מצב מוצק לשעונים גרעיניים קומפקטיים, חישה קוונטית גרעינית ומבחני דיוק של פיזיקה בסיסית", כתב הצוות האירופי במאמרו.
שמירת זמן מתקדמת
לפי א עַמוּדָה לפי הפיזיקאים אריק הדסון ואנדריי דרביאנקו, שעונים אולטרה-מדוייקים הם "יותר מסקרנות מדעית", שכן הם חיוניים לניווט חלק, לתקשורת ולקביעת זמן בינלאומית. הדסון ודרוויאנקו, מאוניברסיטת קליפורניה, לוס אנג'לס, ואוניברסיטת נבאדה, רינו, בהתאמה, תרמו מֶחקָר מדצמבר האחרון שהדגים את הפוטנציאל של תוריום-229 בשעוני גרעין אטומי.
בשעונים אטומיים, מדענים מזזים ומגרים את האלקטרונים באטום כדי לדחוף את האלקטרונים מרמת אנרגיה אחת לאחרת. הקליטה הזו "מתרחשת בתדירות מדויקת להפליא", הם הסבירו, והוסיפו כי הדפוסים הללו "קובעים בחוקי הפיזיקה" ומעניקים לעולם סטנדרט עקבי למדי לשמירה על זמן.
בינתיים, גרעין קטן פי 10,000 מאטום ונוטה פחות להפרעות כתוצאה מטמפרטורה, שדות חשמליים והפרעות סביבתיות אחרות, כתבו בני הזוג – ומכאן, העניין רב השנים של הפיזיקאים בשעוני גרעין אטומיים.
מושג מתעורר לחיים
האתגר, אם כן, היה למצוא אטום שמדענים יוכלו לתמרן בצורה היעילה ביותר. לדוגמה, זה צריך להגיב ללייזר שבו משתמשים מדענים כדי להפעיל את ה"קרציות", כביכול, כדי לומר את הזמן. במובן זה, תוריום-229 היה "מקרה נדיר במיוחד" שבו יש לו שני מצבים שונים, שמדענים יכולים לגרום להם באמצעות לייזרים לעורר את הגרעין ממצב אחד למשנהו, הסבירו הדסון ודרוויאנקו.
צמד המסמכים האחרון מתבסס על עבודתם, בין רבים אחרים מהעשורים האחרונים. חשוב לציין, ההדגמות האחרונות מיישמות לולאת משוב המייצבת את פעולת השעון. זה מייצג שיפור מהעבודה של הצוות האירופי עצמו 2024 ו 2025.
"זה היה השלב האחרון שחסר לפני שקרא לזה שעון ממשי", אמר לארס פון דר וונסה, פיזיקאי מאוניברסיטת יוהנס גוטנברג מיינץ בגרמניה. חדשות המדע. עם השיפורים הקרובים לטכנולוגיית הלייזר והקריסטל, שעונים גרעיניים צריכים להתקדם במהירות, הוסיף פון דר וונסה, שלא היה מעורב באף אחת מהעבודות.
על גבול הפיזיקה
אם מניחים בצד את היתרונות המעשיים של שעונים גרעיניים, החוקרים מאמינים שהם יכולים לבחון את האילוצים הבסיסיים של הטבע והפיזיקה החדשה, על פי הדסון ודרוויאנקו. ואכן, זה מה שהנבחרת האירופית יצאה לעשות מיד עם האיטרציה האחרונה שלה של שעון גרעיני. המחצית השנייה של המאמר מתארת עד כמה השעון הצליח להעריך אילוצים לחומר אפל בהיר במיוחד – צורה היפותטית של חומר שיכולה להסביר חבורה שלמה של תעלומות קוסמיות.
ל-Science News, תורסטן שום, פיזיקאי ב-TU Wien באוסטריה מהצוות האירופי, דיווח שהשעון הגרעיני כבר עלה על כל השעונים האטומיים בסוגים מסוימים של מדידות. כל זה אמר, הטכנולוגיה עדיין בשלבים הראשונים שלה, הוא הוסיף. אבל נראה שהשעונים הגרעיניים התחילו טוב.