Bir uluslararası araştırma ekibi yeni nesil atom saatlerine doğru kararlı bir adım attı. Avrupa X-Işını Serbest Elektron Lazer tesisindeki araştırmacılar, atomik skandiyumda elektronik yerine nükleer geçişler kullanarak, bazılarının zaman işleyişinde bin kat artışa yol açacağına inandığı bir ilerleme kaydettiler. Sonuçlar dergide yayınlanır Doğa.
Atomik saatler, uydu navigasyonunu kullanarak hassas konumlandırma gibi gelişmiş doğruluktan yararlanan çok sayıda uygulamaya sahiptir.
Atom saatleri şu anda dünyanın en doğru zaman tutucularıdır. Bu saatler, zamanı tanımlamak için sezyum gibi kimyasal elementlerin atom kabuğundaki elektronların enerji geçişlerini kullanmıştır. Bu elektronlar, bilinen frekanstaki mikrodalgalarla daha yüksek bir enerji seviyesine yükseltilebilir. Bu süreçte mikrodalga radyasyonunu emerler.
Bir atom saati, sezyum atomlarına mikrodalgalar yayar ve mikrodalgaların emilimi maksimuma çıkacak şekilde radyasyonun frekansını düzenler; uzmanlar buna rezonans diyor. Mikrodalgaları üreten kuvars osilatörü bu şekilde o kadar kararlı tutulabilir ki, sezyum saatleri 300 milyon yıl boyunca bir saniye içinde doğru sonuç verebilir.
Atom saatinin doğruluğu açısından çok önemli olan, kullanılan rezonansın genişliğidir. Mevcut sezyum atom saatleri zaten çok dar bir rezonans kullanıyor ve stronsiyum kafesleri kullanılarak çok daha doğru sonuçlar elde ediliyor. Bir adım öne geçme umuduyla, dünyanın dört bir yanındaki ekipler birkaç yıldır atomun elektron kabukları yerine atom çekirdeğindeki geçişleri kullanan “nükleer” saat kavramı üzerinde çalışıyor. Nükleer rezonanslar elektronların rezonanslarından çok daha keskindir ancak uyarılması da çok daha zordur.
Ekip artık yüksek saflıkta metal folyo veya skandiyum dioksit bileşiği olarak kolayca bulunabilen skandiyum elementinin çekirdeğinde umut verici bir geçişi tetikleyebilir.
Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndan Yuri Shvydko, “Skandiyumun rezonans uyarımı ve enerjisinin hassas ölçümündeki çığır açıcı gelişme, yalnızca nükleer saatler için değil, aynı zamanda ultra yüksek hassasiyetli spektroskopi ve temel fiziksel etkilerin hassas ölçümü için de yeni yollar açıyor” diyor.
Texas A&M Üniversitesi’nden Olga Kocharovskaya, fonlanan projenin başlatıcısı ve lideri ABD Ulusal Bilim Vakfışunu ekliyor: “Böylesine yüksek bir doğruluk, yerçekimsel zaman genişlemesinin milimetre altı mesafelerde incelenmesine olanak sağlayabilir. Bu, şimdiye kadar erişilemeyen uzunluk ölçekleri üzerindeki göreceli etkilerin araştırılmasına olanak tanıyacaktır.”
NSF Atomik, Moleküler ve Optik Deneysel Fizik program direktörü John Gillaspy, “bu ilerleme hem heyecan verici hem de zamanında (çift kelime oyunu amaçlanıyor)” dedi.