Kāpēc zinātnieki veido kodolierīci? Tā kā atomu pulksteņi nav ideāli

Pulkstenis, kas precīzi saglabā laiku, ir pilnīgi atšķirīgs no pulksteņa. Parastie pulksteņi palīdz mums kalpot diezgan labi ikdienas praktiskajām vajadzībām, bet zinātniskiem pētījumiem un tehnoloģijām, kas balstītas uz jutīgiem mērījumiem, ir nepieciešami pulksteņi, kas spēj precīzi noteikt laika gaitu. Tādējādi zinātnieki izgudroja atomu pulksteņus - un, lai gan tie ir precīzāki, saglabājot laiku nekā parastās sistēmas, joprojām bija ievērojamas uzlabošanas iespējas. Tagad zinātnieki pāriet no atomenerģijas uz kodolenerģiju. Tiek publicēts jauns pētījums Daba liecina, ka vācu fiziķi ir izstrādājuši pulksteni, kas spēj zaudēt mazāk nekā desmito daļu sekundes ik pēc 20 miljardiem gadu. Tas ir - atkarībā no tā, kā jūs to aplūkojat - 10 reizes labāk nekā pašreizējās atomu tehnoloģijas

Bet pirms mēs atdarinām atomu pulksteņus novecojuši, apsveram, kas padara tos atšķirīgus no svārsta-flaunting priekštečiem.

Katrs pulkstenis izmanto rezonatoru, lai izsekotu laiku. Rezonators ir mehānisms, kas vienkāršošanas labad regulāri “ērces”. Vecie pulksteņi izmantoja svārstu un pārnesumus kā rezonatoru. Digitālie pulksteņi kā rezonatoru izmanto elektrolīnijas vai kvarca kristāla svārstības. Atomu pulkstenis šo ideju pārņem dažus soļus uz priekšu, izmantojot rezonanses frekvences atomu pašiem kā rezonatoram. Šajā sistēmā rezonatoru regulē elektromagnētiskais starojums, ko emitē atoma kvantu pāreja. Citiem vārdiem sakot, atomu pulkstenis seko laikam, mērot enerģētiskās izmaiņas atomu daļiņās.

Dažiem elementiem un to izotopiem tas notiek vienmērīgās frekvencēs. Cēzijs-133, piemēram, svārstās tieši 9,192,631,770 ciklos sekundē. Tāpēc 1955. gadā to izmantoja, lai izveidotu pirmo atomu pulksteni Apvienotās Karalistes Nacionālajā fizikālajā laboratorijā.

Kopš tā laika vairāki tehnoloģiskie sasniegumi ir noveduši pie precīzākiem atomu pulksteņiem - ieskaitot lāzera dzesēšanu un atomu slazdošanu, precīzāku lāzera spektroskopiju, kā arī citus izotopu elementus, kuriem piemīt vēl konsekventākas rezonanses frekvences. Pašreizējais ierakstu turētājs precīzākajiem atomu pulksteņu bāzes rādījumiem yterbium jonos.

Iemesls, kāpēc atomu pulksteņi ir tik kritiski, ir saistīts ar to, ka pulksteņi mēra laiku atšķirīgi dažādos augstumos. Jo tālāk pulkstenis ir no galvenā gravitācijas avota, jo ātrāks laiks (ti, pulkstenis Everest kalnos darbosies ātrāk nekā jūras līmenī). Atšķirība ir šķietami nenozīmīga, bet var palielināties, jo vairāk laika.

Tik daudz mūsu tehnoloģiju mūsdienās darbojas kā globālas lietojumprogrammas, piemēram, GPS. Lai nodrošinātu, ka viņi darbojas vienlaicīgi neatkarīgi no tā, kur kāds ir, tie ir jāsaista tieši ar precīzu pulksteni. Nav labāka veida, kā nodrošināt, ka kā atomu pulksteņus izmantot kā standartu. Jaunākajā pētījumā Vācijas pētniecības grupa iezīmē ideju tieši noteikt elementa atomu kodola svārstības (pretstatā elektroniem ap kodolu). Atomu pulkstenis, kas balstīts uz šo dizainu, varētu izvairīties no ārēju spēku ietekmes. Izpētes komanda identificē ierosmes stāvokli torija izotopā Th-229m, kas varētu darboties - un ilustrē eksperimentālos konstatējumus, kas atbalsta šo jēdzienu.

Ir tikai viena problēma: Th-229m nenotiek dabiski. Lai gan jaunā pētījuma rezultāti tomēr ir iespaidīgi, nav skaidrs, kā zinātnieki var pietiekami daudz novākt Th-229m, lai izveidotu un uzturētu kodolu pulksteni. Šajā gadījumā pētnieki Th-229m ieguva, izmantojot avotu-233. Tas nav viegls process.

Ja zinātnieki noskaidro, kā atrisināt šo mazo jautājumu un radīt ilgtspējīgu Th-229m lielumu, mēs meklējam jaunu paaudzi atomu pulksteņus, kas neapšaubāmi spēlēs nozīmīgu lomu, veidojot arvien vairāk tehnoloģiju, kas aptver pasauli un kalpo cilvēkiem katrā pasaules stūrī.