Η μέτρηση του χρόνου μόλις απέκτησε ένα εντελώς νέο εργαλείο. Δύο ομάδες ερευνητών στη Βιέννη και το Πεκίνο κατασκεύασαν ανεξάρτητα, τα πρώτα λειτουργικά πυρηνικά ρολόγια στον κόσμο, ένα επίτευγμα που οι φυσικοί ονειρεύονταν εδώ και σχεδόν 50 χρόνια.
Οι δύο ομάδες παρουσίασαν τα αποτελέσματά τους σε δύο μελέτες που δημοσιεύθηκαν την Τετάρτη στο περιοδικό Nature, τις οποίες επικαλείται το Reuters.
Τα ρολόγια δεν είναι ακόμη ακριβέστερα από τα καλύτερα υπάρχοντα επιστημονικά ρολόγια υψηλής ακρίβειας, αλλά οι ερευνητές πιστεύουν ότι έχουν τη δυνατότητα να τα ξεπεράσουν μόλις τελειοποιηθεί η τεχνολογία.
Και το διακύβευμα δεν αφορά μόνο τη μέτρηση του χρόνου με ακόμη μεγαλύτερη ακρίβεια. Τα πυρηνικά ρολόγια θα μπορούσαν να έχουν εφαρμογές στην πλοήγηση μέσω δορυφόρου, στις επικοινωνίες, στις μετρήσεις υψηλής ακρίβειας, ακόμη και στην αναζήτηση φαινομένων που οι φυσικοί δεν μπορούν ακόμη να εξηγήσουν.
Τι ακριβώς είναι ένα πυρηνικό ρολόι
Το όνομα μπορεί να ακούγεται σαν το ρολόι να χρειάζεται μια πυρηνική αντίδραση για να λειτουργήσει. Δεν χρειάζεται.
Ένα πυρηνικό ρολόι μετρά τον χρόνο με βάση τον τρόπο που ένα λέιζερ αλληλεπιδρά με τον πυρήνα ενός ατόμου. Και οι δύο συσκευές, που δημιουργήθηκαν στη Βιέννη και το Πεκίνο, χρησιμοποιούν ένα ισότοπο του θορίου, που ονομάζεται θόριο-229, παγιδευμένο σε στερεούς κρυστάλλους φθοριούχου ασβεστίου.
Για να κατανοήσουμε τη διαφορά, πρέπει να κοιτάξουμε λίγο μέσα στο άτομο.
Τα παραδοσιακά ατομικά ρολόγια χρησιμοποιούν λέιζερ ή μικροκύματα για να προσδιορίσουν τις ενεργειακές μεταβολές των ηλεκτρονίων γύρω από τον πυρήνα.
Αυτές οι μεταβάσεις είναι εξαιρετικά τακτικές και μπορούν να χρησιμεύσουν ως το «τικ-τακ» ενός ρολογιού.
Σε ένα πυρηνικό ρολόι, το λέιζερ αλληλεπιδρά άμεσα με τα πρωτόνια και τα νετρόνια στον πυρήνα, αναγκάζοντάς τα να μεταπηδούν μεταξύ διαφορετικών ενεργειακών επιπέδων.
Ο πυρήνας ενός ατόμου είναι πολύ μικρότερος από το κέλυφος στο οποίο βρίσκονται τα ηλεκτρόνια. Γι’ αυτό οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτές οι μεταβάσεις θα μπορούσαν τελικά να επιτρέψουν ακόμη πιο ακριβή μέτρηση του χρόνου.
Γιατί έχει σημασία τόσο υψηλή ακρίβεια;
Τα καλύτερα ατομικά ρολόγια σήμερα είναι τόσο ακριβή που θα κέρδιζαν ή θα έχαναν μόνο ένα δευτερόλεπτο μετά από δισεκατομμύρια χρόνια.
Αυτή η ακρίβεια δεν είναι απλώς μια περιέργεια για τους φυσικούς. Υποστηρίζει τις τεχνολογίες που χρησιμοποιούμε καθημερινά.
Τα συστήματα δορυφορικής πλοήγησης, οι διαδικτυακές επικοινωνίες, τα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας και οι μεταδόσεις οπτικών ινών εξαρτώνται όλα από εξαιρετικά ακριβή χρονισμό.
Ένα τελειοποιημένο πυρηνικό ρολόι θα μπορούσε να κάνει αυτά τα συστήματα ακόμη πιο ακριβή.
Οι ερευνητές πιστεύουν επίσης ότι τέτοιες συσκευές θα μπορούσαν να είναι μικρότερες και λιγότερο ευαίσθητες από ορισμένα από τα πιο προηγμένα ατομικά ρολόγια σήμερα.
Ο Θόρστεν Σούμ φυσικός στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Βιέννης και ένας από τους συντονιστές της αυστριακής ομάδας, βλέπει εφαρμογές όπως η δορυφορική πλοήγηση, ο συγχρονισμός μεταφοράς δεδομένων και ο τομέας των μετρήσεων υψηλής ακρίβειας.
Η Βιέννη και το Πεκίνο φτάνουν στον ίδιο στόχο
Το γεγονός ότι δύο ομάδες πέτυχαν σχεδόν ταυτόχρονα είναι σημαντικό.
Ο Κινέζος ερευνητής Σικιάν Ντινγκ , του Πανεπιστημίου Tsinghua, λέει ότι το αποτέλεσμα δείχνει ότι η ιδέα λειτουργεί και δεν εξαρτάται από μία μόνο πειραματική μέθοδο.
Οι δύο ομάδες χρησιμοποίησαν διαφορετικές προσεγγίσεις. Και οι ερευνητές έχουν ήδη παρατηρήσει ότι οι τεχνολογίες τους θα μπορούσαν να αλληλοσυμπληρώνονται.
Το ρολόι της Βιέννης έχει κρυστάλλους θορίου με καλύτερες οπτικές ιδιότητες και υψηλότερη συγκέντρωση. Αλλά η ομάδα του Πεκίνου διαθέτει ένα πιο ισχυρό λέιζερ.
«Αν συνδυάσουμε αυτά τα εξαρτήματα, μπορούμε να κατασκευάσουμε ένα σημαντικά καλύτερο ρολόι», είπε ο Σουμ .
Ένα νέο εργαλείο για την αναζήτηση σκοτεινής ύλης
Ίσως η πιο εντυπωσιακή εφαρμογή δεν έχει καμία σχέση με το GPS ή το Διαδίκτυο.
Η ομάδα της Βιέννης χρησιμοποίησε το νέο ρολόι σε ένα πείραμα που προσπάθησε να ανιχνεύσει τη σκοτεινή ύλη, ένα από τα μεγάλα αινίγματα του Σύμπαντος.
Η σκοτεινή ύλη φαίνεται να υπάρχει σε τεράστιες ποσότητες, αλλά κανείς δεν έχει καταφέρει να την παρατηρήσει άμεσα μέχρι τώρα. Οι ερευνητές αναζήτησαν πολύ λεπτά σήματα που θα μπορούσαν να υποδηλώνουν την αλληλεπίδρασή της με την συνηθισμένη ύλη.
Το πείραμα δεν ανίχνευσε σκοτεινή ύλη. Αλλά έδειξε ότι το πυρηνικό ρολόι μπορεί να κάνει μετρήσεις στο επίπεδο των καλύτερων υπαρχόντων επιστημονικών ατομικών ρολογιών (συσκευές που μετρούν τον χρόνο με βάση τις ταλαντώσεις των ατόμων).
Για τους ερευνητές, αυτή είναι μόνο η αρχή.
Το πυρηνικό ρολόι απέχει ακόμη πολύ από την απόδοση που θέλουν οι φυσικοί. Αλλά το γεγονός ότι δύο ομάδες έχουν κατασκευάσει ανεξάρτητα τέτοιες συσκευές αλλάζει την κατάσταση της ιδέας: αυτό που για δεκαετίες ήταν μόνο ένα όνειρο των φυσικών τώρα υπάρχει στο εργαστήριο.
«Μας δίνει πρόσβαση σε ένα εντελώς νέο σύμπαν φυσικής», λέει ο Σουμ.
Μετάφραση: Μικαέλα Λαμπρινίδου
Πηγή: mediafax.ro, Reuters
www.ertnews.gr
Ακολουθήστε το myvolos.net στο Google News και μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις.
