Skip to main content

Towards a nuclear clock with Thorium-229

Article Category

Article available in the folowing languages:

Nadszedł czas na najlepszy zegar na świecie

Od niepamiętnych czasów dążymy do tego, by odmierzać czas z możliwie największą dokładnością i precyzją. Trwające przez wiele wieków dążenia zainspirowały uczestników unijnego projektu do opracowania zegara naukowego działającego z dużo wyższą dokładnością niż najlepsze zegary zainstalowane w czołowych laboratoriach na świecie.

Gospodarka cyfrowa

Najlepsze współczesne zegary atomowe działają z dokładnością 1 sekundy w ciągu 30 miliardów lat, co sprawia, że stanowią najbardziej precyzyjne urządzenia pomiarowe zbudowane przez człowieka w historii świata. Zegary atomowe zainstalowane na satelitach nawigacyjnych dostarczają sygnały na potrzeby globalnego systemu pozycjonowania, z którego korzystamy każdego dnia. Jednak najnowsze bardzo precyzyjne zegary są niezwykle delikatne i mogą działać wyłącznie w specjalistycznych laboratoriach.

Pomiar czasu z najwyższą możliwą dokładnością

„W celu dalszego zwiększania dokładności pozycjonowania do poziomu centymetrów potrzebujemy jeszcze bardziej precyzyjnych, a jednocześnie kompaktowych i wytrzymałych zegarów, które będą mogły zostać wykorzystane w realnych zastosowaniach”, mówi prof. Thorsten Schumm, koordynator finansowanego przez Unię Europejską projektu nuClock. Naukowcy zaproponowali całkowicie nowe podejście koncepcyjne, w ramach którego zastępują powszechnie wykorzystywane przejścia elektronowe, których użyto w zegarach atomowych przejściem jądrowym atomu nazywanego tor-229. W rezultacie elektrony atomu zostały zastąpione jądrem toru-229 w celu uzyskania wyższej precyzji. „Opracowany przez nas zegar jądrowy może pokonać istniejące zegary atomowe pod względem precyzji, jednak przede wszystkim jest z natury bardziej odporny na zakłócenia”. Jednym z głównych czynników, który wpłynął na zastosowanie właśnie takiej koncepcji zegara jądrowego, był fakt, że istnieje możliwość jej realizacji w wersji stałej, co przekłada się na szereg ogromnych korzyści, takich jak wytrzymałość, stabilność, rozmiar oraz możliwość produkcji masowej. Zespół projektu nuClock wykazał, że zegar wykorzystujący energię przejścia jądrowego pozwala w praktyce na zastosowanie takiego podejścia. Partnerzy projektu wykazali, że stworzenie zegara jądrowego jest możliwe i realne. Ponadto ustalili także, że energia przejścia toru-229 będzie wykorzystywana na potrzeby zegara, a także szeregu innych, dotychczas nieznanych parametrów jądrowych. Naukowcy opracowali także wymagany przez rozwiązanie system laserowy działający w zakresie nadfioletu próżniowego. Dzięki projektowi nuClock, tego typu rozwiązania są obecnie dostępne na rynku.

Nadszedł czas, by zegary jądrowe wyparły zegary atomowe

Zanim pojawił się projekt nuClock, „w tej dziedzinie nie było dotychczas sytuacji, w której naukowcy połączyliby siły – zespoły badawcze były rozproszone, nie istniała także realna społeczność zajmująca się tym zagadnieniem”, wyjaśnia prof. Schumm. W ramach projektu wykorzystano techniki i infrastrukturę partnerów, dzięki którym uczestnicy projektu zyskali dostęp do dużych ośrodków badawczych, najlepszych detektorów na świecie, które nigdy nie były wykorzystywane w takim kontekście, a także dostęp do przemysłowych technologii laserowych. Tor-229 – najważniejszy materiał, dzięki któremu możliwe jest powstanie zegara jądrowego – jest niezwykle rzadki. Na całej ziemi występuje zaledwie kilka miligramów tego izotopu. Z tego powodu konieczna była ścisła współpraca ukierunkowana na koordynację oraz połączenie sił w zakresie pozyskiwania i przetwarzania materiału. Wysiłki te doprowadziły ostatecznie do zmniejszenia kosztów rozwiązania. „Musi jeszcze upłynąć kilka lat, by zegar jądrowy stał się produktem dostępnym na rynku, jednak kiedy to nastąpi, będziemy mogli określać pozycję autonomicznych samochodów lub pociągów towarowych z dokładnością do centymetra – być może wyższą”, dodaje. „Ogólnie rzecz ujmując, znacznie ulepszony system pozycjonowania z pewnością znajdzie wiele zastosowań.” „Dzięki projektowi nuClock, Europa stała się czołowym graczem w dziedzinie zegarów jądrowych”, podsumowuje prof. Schumm. „Teraz naszym zadaniem jest utrzymać przewagę nad konkurencją i zadbać o to, aby nie utracić tej pozycji”.

Słowa kluczowe

nuClock, zegar, zegar jądrowy, czas, zegar atomowy, tor-229, system pozycjonowania

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania