Viyana Teknoloji Enstitüsü’ndeki bilim insanları, mevcut saatlerden 10 kata kadar daha hassas olabilecek bir nükleer saatin yapımında kullanılacak, toryum-229 atomunun mükemmel şekilde konumlanabileceği kristal içindeki ideal yeri belirlediler. Bu keşif, en doğru nükleer saatin geliştirilmesine önemli bir adım teşkil ediyor.
Lazer ışınlarına maruz kaldığında elektronların enerji seviyeleri arasındaki geçişleri ölçülerek zamanı takip eden atomik saatler, modern dünyanın temelini oluşturuyor. Uydu navigasyon sistemlerinden küresel finansal işlemlere kadar her yerde kullanılan bu saatler, günlük hayatımızın ayrılmaz bir parçası haline dönmüş durumda.
Ancak, atomik saatlerin hassasiyeti, aynı zamanda onların karmaşıklığı anlamına geliyor. Manyetik veya elektrik alanlarından kaynaklanabilecek parazitleri önlemek için büyük vakum odaları ve koruyucu kalkanlar kullanılması gerekiyor. Bilim insanları, bu sorunu aşmak amacıyla, atomun çekirdeğindeki nötronların enerji değişimlerini kullanarak zamanı takip eden nükleer saatler geliştirmeye odaklanıyor.
Atomun çekirdeği, elektron bulutu tarafından doğal olarak yalıtılmış olup, dış etkenlerden kaynaklanan elektrik ve manyetik alan etkilerini azaltarak sistemin daha küçük boyutlarda çalışmasına olanak tanır. Bilim insanları, bu saatleri özel malzemeler veya kristaller üzerinde ve oda sıcaklığında çalıştırmaktadırlar.
Daha yüksek frekanslı ultraviyole ışık kullanılarak, daha büyük enerji geçişleri yaratılabilir ve bunlar daha sık ölçülerek, zamanın çok daha ince aralıklarla takip edilmesi sağlanır. Bu da hassasiyetin artmasına katkıda bulunur.
Bu tür nükleer saatlerin yapımındaki en büyük zorluk, nötronların dönüştürülmesi için gama ışını lazerine ihtiyaç duyulmasıdır. Ancak, mevcut durumda bu teknoloji henüz geliştirilmemiştir. Bu nedenle, bilim insanları toryumun bir izotopu olan ve atom kütlesi 229 olan bir elementin kullanıldığı ultraviyole lazerler aracılığıyla nötronların dönüştürülmesini sağlamaktadırlar.
Nükleer bir saat oluşturmak için, araştırmacıların, toryum-229 atomlarını barındırabilecek ve saatin çalışması için vakum odalarına olan ihtiyacı ortadan kaldırabilecek bir kristal yapısı geliştirmesi gerekmektedir. Bu sayede, bu tür saatlerin daha küçük cihazlarda kullanılması mümkün hale gelecektir.
Kristaller ilk bakışta sadece cam parçaları gibi görünse de, doğru yapıda ve mükemmel bir konuma sahip olan bir kristalin oluşturulması oldukça zordur. Viyana Teknoloji Enstitüsü’ndeki fizikçi Thorsten Schumm liderliğindeki ekip, 15 yılı aşkın süredir, nükleer bir saat için kullanılabilecek bir kristalin formülünü mükemmelleştirmek için çalışmıştır.
Schumm, kristal yapım sürecini yemek pişirmeye veya hatta alkimistliğe benzetmektedir. Başarılı bir sonuç elde etmek için sürekli denemeler yapmak ve bazı unsurları değiştirmek gerekir. Yıllar süren deneyimler sonucunda, ekip, eğer toryum-229, kristalin içindeki kötü bir konumda yer alırsa, kristalde düzensiz bir elektrik alanı oluştuğunu ve bunun da saatin zamanlamasını bozduğunu öğrenmiştir.
Toryum atomlarının kristallerin içindeki en iyi konumlara yerleştirilmesi için, araştırmacılar 60 saniye boyunca ultraviyole lazeri kullanarak nötronları dönüştürmüş, ardından çekirdeklerin daha düşük enerji seviyelerine geri dönmesi için beş dakika beklemişlerdir.
Araştırmacılar farklı frekanslar kullanarak deneyi tekrarlamış ve toryum atomlarının kristal yapısı içinde dört farklı konumda bulunabileceğini tespit etmişlerdir. Ancak, bu konumlardan üçü, lazer ışığının farklı dalga boylarında geri yansımasına neden olan düzensiz bir elektrik alanına sahip olduğunu göstermiştir.
Dördüncü konum ise, lazer ışığını sadece tek bir dalga boyunda geri yansıtarak, mükemmel bir nükleer saat konumu olduğunu ortaya koymuştur. Araştırmacılar bu konumu kullanarak, ilk prototip nükleer saati geliştirmişlerdir. Bu sayede, saatin daha küçük boyutlara getirilmesi mümkün hale gelmiştir. Ekip, yıl sonuna kadar nükleer saatin hassasiyetini en az üç kat artırmayı hedeflemektedir. Ancak, asıl odak noktası, saatin gerçek dünya senaryolarında erken bir şekilde kullanılması için boyutlarının küçültülmesidir.
Araştırma sonuçları, Science dergisinde yayınlanmıştır.
Bu Gelişmeyi Toplulukta Değerlendirin
Haber hakkındaki düşüncelerinizi, donanım deneyimlerinizi ve teknik sorularınızı topluluk üyeleriyle anlık olarak tartışın.
Bir yanıt yazın