DEMET İLCE / MUHABİR
Bilim insanları, zamanı atomların iç işleyişine dayalı olarak ölçen bir cihaz olan nükleer saatin geliştirilmesine bizi bir adım daha yaklaştıran büyük bir buluşa imza attılar.
Fizikçiler ilk kez bir toryum atomunun çekirdeğini daha yüksek bir enerji seviyesine çıkarmak için lazer ışığını kullandılar. Keşif, tik takları daha kesin olmakla kalmayıp aynı zamanda evrendeki en temel kuvvetleri araştırabilen yeni bir saatin geliştirilmesinin önünü açıyor.
Araştırmacılar bulgularını 29 Nisan'da Physical Review Letters dergisinde yayınladılar.
Viyana Teknoloji Üniversitesi'nde kuantum metroloji profesörü olan baş araştırmacı Thorsten Schumm, "İlk sinyali görmek bir rüyanın gerçekleşmesiydi" dedi. "Bu yıllarca süren hazırlıkların ve aynı zamanda bunun gerçekten işe yarayıp yaramayacağından şüphe duymanın ödülü."
Zaman hakkında
Şu anda en doğru saatlerimiz atomiktir ve lazerleri elektronlara ateşleyerek zamanı ölçer; lazerin frekansını, atomların etrafında dönen elektronların yapmasına neden olduğu enerji seviyelerindeki hassas sıçramalarla eşleştirir. Bu yöntem, bilim adamlarına lazerin frekansının son derece hassas bir ölçümünü sağlıyor ve buradan atom saatinin "tik sesini" çıkarabiliyorlar.
Ancak atom saatleri mükemmel olmaktan uzaktır. Zamanı tutmak için güvendikleri elektronlar atomların dışında bulunur. Bu nedenle, enerji seviyelerini, daha sonra tepki verdikleri lazer ışığının frekansını ve dolayısıyla tuttukları zamanı hafifçe değiştirebilecek başıboş manyetik alanlardan veya diğer çevresel etkilerden kaynaklanan girişime karşı savunmasızdırlar.
Öte yandan bir nükleer saat, bir atomun kalbindeki çekirdeklerin enerji geçişlerini kullanır, böylece dış müdahalelerden korunurlar. Ancak çekirdeklerin enerji seviyeleri arasındaki boşlukların çoğu, elektronlarınkinden binlerce kat daha fazladır; bu, bunların bir lazer enerjisiyle geçilemeyecek kadar büyük olduğu anlamına gelir.
Ancak 1970'lerde bilim insanları, toryum elementinin (toryum-229) bir izotopunun veya versiyonunun, lazer ışığı tarafından yayılabilecek bir enerji seviyesine sahip gibi göründüğünü buldular.
Ancak bu kesin enerji açığını bulmak kolay bir iş olmadı. Başlangıçta araştırmacılar toryum-229'u fizikçilerin gerçekte ilgilendikleri iki enerji seviyesinin çok üzerinde bir enerji seviyesine kadar heyecanlandırdılar. Daha sonra, daha yüksek bir seviyeye geri düştüğünde, hemen altındaki ile karşılaştırıldığında yayılan ışığın enerjisindeki ince farkları ölçtüler.
Araştırmacılar bu süreci, bir gökdelenden top atarak kaldırımın yüksekliğini bulmaya benzettiler; topun sokağa çarptığı andaki sıçrama yükseklikleri ile kaldırıma çarptığı andaki sıçrama yüksekliklerindeki ince farklar, aralarındaki küçük mesafeyi sıfırlamalarına yardımcı olabilir.
Geçtiğimiz 50 yıl boyunca yapılan araştırmalar, bu enerji seviyesinin bir elektron voltun çok küçük kesirlerine yükselmesini sağlamak için gereken enerjiyi daralttı; ancak bu kesinlik hâlâ yeterli değildi.
Schumm, "Teori bize bunun 0eV ile 10 eV arasındaki enerji aralığında bir yerde olduğunu söylüyor, ancak bir etki yaratmak için 7 ila 8 basamaklı hassasiyetle doğru frekansı vurmamız gerekiyor" dedi. "Arama aralığının tamamını taramak binlerce yıl sürecekti, bu nedenle uzun yıllar süren hazırlık deneyleri boyunca arama aralığını daraltmak zorunda kaldık."
Sonunda kesin değere ulaşmak için Schumm ve ekibi, kalsiyum florür kristallerinin içine yaklaşık 10 üzeri 17 toryum-229 çekirdeği (veya galaksimizdeki yıldızların sayısından milyon kat daha fazla çekirdek) sıkıştırdı. İstenilen geçişi bulma olasılığı. Pek çok denemeden sonra araştırmacılar, enerji seviyeleri arasında sıçrayan bir toryum atomunu doğrudan gözlemlediler: 8,35574 elektron voltluk bir enerji değişimi.
Araştırmacılar, nükleer saatlerin atomik muadilleriyle aynı doğrulukta geliştirilmesinin daha uzun yıllar alacağını belirtiyor. Ancak bu geçişin nihayet fark edilmesiyle pencere nihayet açıldı ve bu, fizikçilerin karanlık enerjinin, karanlık maddenin ve evrenimizin temel kuvvetlerinin anlaşılması zor doğasını daha derinlemesine araştırmasına olanak tanıyabilecek.
Schumm, "Nükleer saat, çekirdeğin iki bağlı durumu arasındaki enerji farkının son derece hassas bir ölçümünü sağlayacaktır" dedi. "Bu iki bağlayıcı enerji, fizikteki dört temel kuvvetten üçünün sonucudur: elektromanyetizma, güçlü nükleer kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet. Bu, yalnızca elektromanyetizmaya dayanan tüm atom saatlerinin tam tersidir. Bu üç temel kuvvet zamanın veya uzaydaki konumun bir fonksiyonu olarak değişir, nükleer saatin bunu görmesi gerekir."
