Nova doba merjenja časa: Jedrske ure obljubljajo izjemno natančnost
Predstavljajte si uro, ki tiktaka z natančnostjo, ki ne bi izgubila niti sekunde, tudi če bi tekla milijardo let. Nova raziskava prinaša obetajoče rezultate, ki nakazujejo, da so znanstveniki bližje tej neverjetni stopnji natančnosti merjenja časa kot kdaj koli prej. Ta napredek bi lahko močno presegel zmogljivosti obstoječih atomskih ur, ki trenutno določajo sekunde z uporabo energijskih skokov v elektronih atomov.
Razvijajoča se tehnologija omogoča natančnejše merjenje časa z vzbujanjem jedra atoma, kar bi lahko odprlo povsem nove možnosti na področju fizike in celo preiskovanja strukture vesolja. Gre za potencialno revolucijo na področju časovnega merjenja, ki bi lahko kmalu spremenila način, kako razumemo čas in prostor.
Premik od atomskih ur k jedrskim uram
Atomske ure, ki so trenutno vrhunec natančnosti merjenja časa, delujejo na podlagi energijskih skokov v elektronih atoma, ki so izpostavljeni elektromagnetnemu sevanju pri določenih frekvencah. Elektroni absorbirajo energijo in preidejo v višje orbite okoli atomov, pri čemer signali, ki vzbujajo atome, zanihajo z izjemno frekvenco – milijardokrat na sekundo.
Kljub izjemni natančnosti atomske ure niso popolnoma brez napak. Elektromagnetne motnje lahko vplivajo na vzburjene elektrone, kar povzroči rahle netočnosti v merjenju časa. Poleg tega zahtevajo atomske ure pogoje visokega vakuuma, ekstremnega hlajenja in zaščite pred zunanjimi vplivi, kar omejuje njihovo uporabnost v določenih situacijah.
V nasprotju s tem pa jedrske ure delujejo na osnovi vzbujanja jedrskih delcev, kot so protoni in nevtroni, ki so veliko bolj stabilni kot elektroni. Ti delci so močno povezani z močno jedrsko silo, kar omogoča še večjo natančnost merjenja časa. Nova tehnologija, ki temelji na jedru atoma torija-229, bi lahko v prihodnje nadomestila atomske ure in omogočila še bolj natančne meritve.
Razvoj jedrskih ur in njihov potencial
Raziskovalci so s pomočjo ultravijolične svetlobe uspeli vzbuditi jedrske delce v atomu torija-229, kar je bil ključni korak v razvoju jedrskih ur. Nato so izmerili frekvenco energijskih impulzov, ki vplivajo na jedro, kar je v jedrskih urah enakovredno nihalu v običajnih urah. To pomeni, da nihanja v jedru atoma omogočajo še natančnejše merjenje časa kot oscilacije v elektronih atomskih ur.
Po mnenju dr. Olge Kocharovskaye, priznane profesorice fizike, to delo predstavlja začetek nove dobe jedrskih ur. Nedavna študija, objavljena v reviji Nature, je pokazala, da je jedrska ura, ki temelji na toriju-229, že zdaj tako natančna kot atomske ure, prihodnje izboljšave pa bodo prinesle še večjo stabilnost in natančnost. Kot trdi Kocharovskaya, “ni dvoma, da je takšna ura izvedljiva in da bo kmalu zgrajena.”
Eden od razlogov, zakaj so jedrske ure tako obetavne, je tudi njihova večja odpornost na zunanje motnje. Zaradi tega so jedrske ure primerne za uporabo v okoljih, kjer atomske ure niso praktične, kar bi lahko razširilo njihovo uporabnost v različnih znanstvenih in tehnoloških aplikacijah.
Možnosti uporabe jedrskih ur v znanosti
Natančnost in stabilnost jedrskih ur bi lahko imela izjemne posledice za različna področja znanosti. Že atomske ure so znanstvenikom omogočile preučevanje potresov, gravitacijskih polj in prostora-časa, jedrske ure pa bi lahko še izboljšale te raziskave. Zanesljivost teh ur bi omogočila natančnejše meritve, ki bi prispevale k boljšemu razumevanju temeljnih naravnih zakonov.
Ena od možnih aplikacij jedrskih ur bi bila tudi preučevanje temne snovi. Temna snov sestavlja večino mase vesolja, vendar je znanstveniki še nikoli niso neposredno zaznali. Nekateri znanstveniki menijo, da bi jedrske ure lahko igrale ključno vlogo pri preučevanju interakcij temne snovi z atomskim jedrom. Z natančnimi meritvami frekvenc, ki jih omogočajo jedrske ure, bi lahko raziskovalci ugotovili, ali temna snov vpliva na jedrske delce drugače kot na elektrone, kar bi prineslo nova spoznanja o naravi vesolja.
Prihodnost jedrskih ur
Čeprav je pot do popolne implementacije jedrskih ur še dolga, trenutni napredek kaže, da ta čas ni daleč. Kot poudarja raziskovalec Chuankun Zhang, je njihov prototip že tako natančen kot atomska ura, prihodnje različice pa bodo omogočile še natančnejše meritve.
Zhang vidi v jedrskih urah tudi priložnost za preučevanje temeljnih fizikalnih konstant. Če bi znanstveniki skozi čas primerjali frekvence jedrskih in atomskih ur, bi lahko ugotovili, ali so fizikalne konstante res tako stalne, kot predvidevamo, ali pa se morda spreminjajo na ravneh, ki jih doslej nismo mogli zaznati.
Shimon Kolkowitz, izredni profesor na kalifornijski univerzi Berkeley, meni, da bo razvoj jedrskih ur omogočil znanstvenikom, da preizkusijo relativnost in iščejo nove fizikalne zakone na način, ki doslej ni bil mogoč. “Pričakujem, da bomo kmalu začeli izvajati poskuse, ki jih trenutno izvajamo z atomskimi urami, z jedrskimi urami,” je dejal Kolkowitz.
Z napredkom na področju UV-laserske tehnologije in nadaljnjim raziskovanjem jedrskih ur bi lahko znanstveniki že kmalu presegli omejitve trenutnih tehnologij. Natančnost, stabilnost in zanesljivost jedrskih ur bi tako lahko odprla povsem nove možnosti za znanost in tehnologijo v prihodnjih desetletjih.
[Vir: CNN]; Portal24; Foto: Vecteezy
