Kodolenerģijas izrāviens varētu mums palīdzēt izveidot visprecīzāko pulksteni

(skābeklis/Moment/Getty Images)

Visprecīzākie pastāvošie pulksteņi nav balstīti uz kvarca kustību vai līdzsvara riteni, bet gan uz elektronu tikšķēšanu atoma apvalkā. Labākie no šiem atompulksteņiem ir precīzi viena daļa no 1018 - tik precīzi, viņi vēl nebūtu zaudējuši nevienu sekundi visos miljardos gadu kopš Visuma sākuma.

Ir potenciāls jauna veida pulkstenis, kas varētu uzlabot šo precizitāti par lielumu, līdz vienai daļai no 1019. Tas ir balstīts uz torija izotopa kodolu atzīmēšanu, taču, lai gan ideja pirmo reizi tika izlaista 2003. gadā , to ir bijis grūti izpildīt.

Tagad jauns torija-229 kodola “tikšķēšanas” mērījums ir soli tuvāk kodolpulksteņa sapņa īstenošanai.



'229 mTh stāvoklim ir ierosināts daudz lietojumu un pētījumu, sākot no kodola gamma lāzera, ļoti precīza un stabila jonu kodolpulksteņa līdz kompaktam cietvielu kodolpulkstenim.' pētnieki rakstīja savā dokumentā .

'Šādi pulksteņi ļautu sasniegt jaunu precizitātes līmeni fundamentālās fizikas zondēm, piemēram, pamata konstantu variācijas, meklēt tumšā matērija , vai kā a gravitācijas vilnis detektors. Tos var izmantot dažādās lietojumprogrammās, piemēram, ģeodēzijā vai satelītu navigācijā.

Lūk, kā darbojas atompulkstenis. Konkrēta elementa atomi, piemēram,stroncijsvaiiterbijstiek apstaroti ar lāzeriem. Tas ierosina elektronus atomu apvalkos, liekot tiem svārstīties uz priekšu un atpakaļ starp diviem enerģijas stāvokļiem. Šīs svārstības rada pārejas starp enerģijas līmeņiem, kuras ierosina noteikti elektromagnētiskā starojuma viļņu garumi.

Kodolpulkstenim jādarbojas pēc tāda paša principa, izņemot to, ka elektronu vietā svārstās pats kodols.

Bet lielākajai daļai atomu kodolu ir augsta pārejas enerģija diapazonā no kiloelektronvoltiem līdz megaelektronvoltiem. Lai šie kodoli būtu pietiekami satraukti, lai svārstītos, šiem kodoliem ir nepieciešams diezgan liels enerģijas daudzums - domājiet par gamma stariem vai rentgena stariem, nevis lāzeriem, tāpēc tos ir ārkārtīgi nepraktiski izmantot laika uzskaitei. Mums vienkārši nav lāzertehnoloģiju, kas spētu nodrošināt šīs enerģijas.

Ievērojams izņēmums šeit ir torijs-229. No tūkstošiem zināmo atomu kodolu torija-229 kodola ierosinātais stāvoklis ir līdz šim zemākais zināmais , elektronvoltu diapazonā. Tas ir tik zems, ka to var izraisīt ultravioletais starojums.

Šīs ir lieliskas ziņas par mūsu centieniem izveidot atompulksteni, taču mēs vēl esam tālu no mājām. Lai noskaidrotu precīzu ultravioletās gaismas viļņa garumu, kas nepieciešams kodola ierosināšanai, un līdz ar to arī nepieciešamo lāzertehnoloģiju, mums ir jāizmēra precīzas enerģijas izmaiņas starp pamatstāvokli un ierosināto.

Ir veikti vairāki mēģinājumi, un katrs no tiem ir sašaurinājis to nedaudz tuvāk. Taču jauns darbs, ko vadīja fiziķis Tomass Sikorskis no Heidelbergas universitātes Vācijā, iespējams, ir visprecīzākais.

Komanda izmērīja emitēto gamma starojumu, kad urāna-333 izotops sadalās dažādos torija-229 izomēros vai molekulārās konfigurācijās, ieskaitot vēlamo metastabilo torija-229m izomēru. Šis paņēmiens ir izmantots iepriekš, atgriežot rezultātus 7,6 elektronvolti un 7,8 elektronvolti 2007. gads un 2009. gads attiecīgi.

Tomēr Sikorska komanda izmantoja jaunu, precīzāku metodi gamma starojuma mērīšanai. Viņi izstrādāja kriogēno magnētisko mikrokalorimetru kā savu gamma staru spektrometru. Gamma stari skar absorbējošo plāksni un pārvēršas siltumā. Pēc tam tas tiek pārveidots par magnetizācijas izmaiņām sensoros, ko var pārvērst pārejas enerģijā.

'Šis eksperiments papildina konversijas elektronu eksperimentu, jo izomēra enerģija tiek iegūta tieši no eksperimentālajiem datiem, neizmantojot aprēķinus.' pētnieki rakstīja savā dokumentā . 'Vienīgā nozīmīgā nenoteiktība mūsu eksperimentā ir statistiskā kļūda.'

Izmantojot šo jauno mērīšanas metodi, komanda konstatēja, ka pārejas enerģija ir 8, 1 elektronvolts, kas atbilst ierosmes viļņa garumam 153, 1 nanometrs.

Tas ir ļoti tuvu pagājušajā gadā veikts mērījums izmantojot citu paņēmienu, kas atklāja, ka enerģija ir 8,28 elektronvolti, kas atbilst viļņa garumam 149,7 nanometri. Tātad šķiet, ka mēs tuvojamies, un lāzeri šajā viļņu garuma diapazonā nav neiespējami – mums tie vienkārši ir jāveido.

Tā kā, kā atzīmēja pētnieki, vienīgā nenoteiktība ir statistiska, veicot lielu skaitu mērījumu, šī nenoteiktība ievērojami jāsamazina. Tas nozīmē, ka kodolpulkstenis tagad ir sasniedzams vairāk nekā jebkad agrāk.

Pētījums ir publicēts Fiziskās apskates vēstules .

Populārākas Kategorijas: Veselība , Skaidrotājs , Neklasificēts , Fizika , Cilvēkiem , Dabu , Telpa , Tech , Viedoklis , Sabiedrību ,

Par Mums

Neatkarīgu, Pārbaudītu Faktu Publicēšana Par Veselību, Telpu, Dabu, Tehnoloģijām Un Vidi.