Atom saatlerinin yerini nükleer saatler mi alacak?

Viyana Teknoloji Üniversitesi (TU Wien) ve Almanya Federal Fizik Teknik Enstitüsü (PTB) bünyesindeki bilim insanları, zaman ölçümünde milat olabilecek bir başarıya imza attı. On yıllardır süren araştırmaların ardından ekip, dışarıdan herhangi bir atom saatine ihtiyaç duymadan kendi kendini dengeleyebilen dünyanın ilk nükleer saatini çalıştırdı.

Nisan 2024'te baryum yerine toryum çekirdeklerinin lazerle uyarılabileceğini ilk kez gösteren Prof. Dr. Thorsten Schumm liderliğindeki ekip, bu kez geliştirdikleri prototipin 24 saat boyunca kesintisiz ve tam bağımsız şekilde kararlılığını koruduğunu kanıtladı.

Nasıl çalışıyor?

Geleneksel atom saatleri, atomların yörüngesindeki elektronların enerji geçişlerini referans alıyor. Ancak çevresel faktörler ve sıcaklık dalgalanmaları elektronları kolayca etkileyerek saatin hassasiyetini bozabiliyor. Atom çekirdekleri ise bütünsel bir atomdan 10 bin kat daha küçük olduğu için dış etkenlere karşı son derece dayanıklı.

Saatin çalışma prensibi, TU Wien'de özel olarak üretilen ve bünyesinde toryum atomları barındıran sentetik bir kristale dayanıyor. Toryum, çekirdek enerji seviyeleri arasındaki farkın çok küçük olması nedeniyle lazer ışığıyla etkileşime girebilen ender elementler arasında. Lazerin frekansı ortam koşullarıyla hafifçe saptığında, toryum çekirdeklerinin emdiği ışık miktarı düşüyor. Sistem bu düşüşü anında tespit ederek lazeri tekrar doğru frekansa getiriyor ve saatin ritmini bağımsız olarak korumasını sağlıyor.

30 milyon yılda sadece 1 saniye sapma

Yapılan ilk performans ölçümlerinde prototip nükleer saat, 10^-15 düzeyinde bir bağıl hassasiyete ulaştı. Bu, saatin 30 milyon yılda yalnızca 1 saniyelik bir sapma sergileyeceği anlamına geliyor.

Prof. Dr. Thorsten Schumm, mevcut optik atom saatlerinin henüz zirvede olduğunu ancak nükleer saatin ilk prototipi için bu sonucun olağanüstü olduğunu belirtti. Schumm, "Bu henüz dünyadaki en iyi optik atom saatlerinin seviyesi değil, ancak ilk prototip için fantastik bir sonuçtur. Lazer gücünü ve toryum kristali kalitesini artırarak bu teknolojiyi zaman ölçümünün yeni standardı haline getireceğiz" dedi.