Rezultatele celor două echipe au fost făcute publice miercuri, în revista Nature, conform Reuters.
În prezent, ceasurile nu sunt încă mai exacte decât cele mai bune ceasuri atomice disponibile, dar cercetătorii consideră că, pe măsură ce tehnologia va avansa, ar putea să le depășească.
Miza nu se limitează doar la obținerea unei precizii și mai mari în măsurarea timpului. Ceasurile nucleare ar putea fi utile și în navigația prin satelit, comunicații, măsurători de mare precizie, precum și în identificarea unor fenomene pe care fizicienii încă nu le-au explicat.
Ce reprezintă, de fapt, un ceas nuclear?
Denumirea poate da impresia că ceasul are nevoie de o reacție nucleară pentru a funcționa. Totuși, nu este așa.
Un ceas nuclear determină trecerea timpului prin modul în care un laser interacționează cu nucleul unui atom. Ambele dispozitive realizate la Viena și Beijing folosesc un izotop al toriului, și anume toriu-229, reținut în cristale solide de fluorură de calciu.
Pentru a înțelege deosebirea, trebuie să aruncăm o privire în interiorul atomului
Ceasurile atomice clasice utilizează lasere sau microunde pentru a identifica variațiile energetice ale electronilor din vecinătatea nucleului.
Aceste tranziții sunt extrem de regulate și pot funcționa drept „tic-tac” al unui ceas.
Într-un ceas nuclear, laserul acționează direct asupra protonilor și neutronilor din nucleu, determinându-le să treacă între diferite niveluri energetice.
Nucleul atomului este mult mai mic decât stratul în care se află electronii. De aceea, cercetătorii consideră că aceste tranziții ar putea permite, în final, o măsurare și mai exactă a timpului.
De ce este importantă o asemenea precizie?
Ceasurile atomice cele mai performante din prezent sunt atât de precise, încât ar pierdut sau ar câștiga doar o secundă în miliarde de ani.
Această precizie nu reprezintă doar o curiozitate pentru fizicieni. Ea stă la baza unor tehnologii pe care le utilizăm zilnic.
Sistemele de navigație prin satelit, comunicarea prin internet, rețelele mobile și transmisiile prin fibră optică depind de sincronizări extrem de precise.
Un ceas nuclear optimizat ar putea face aceste sisteme și mai precise.
Cercetătorii consideră, de asemenea, că astfel de dispozitive ar putea fi mai compacte și mai puțin sensibile decât unele dintre cele mai avansate ceasuri atomice de azi.
Thorsten Schumm, fizician la Universitatea Tehnică din Viena și unul dintre conducătorii echipei austriece, identifică aplicații inclusiv în navigația prin satelit, sincronizarea transferurilor de date și în domeniul măsurătorilor de mare precizie.
Viena și Beijing au atins aceeași țintă
Faptul că două echipe au reușit aproape simultan este semnificativ.
Cercetătorul chinez Shiqian Ding, de la Universitatea Tsinghua, afirmă că rezultatul demonstrează că ideea funcționează și nu depinde de o singură metodă experimentală.
Cele două echipe au utilizat abordări diferite. Cercetătorii au observat deja că tehnologiile lor s-ar putea completa reciproc.
Ceasul realizat la Viena posedă cristale de toriu cu proprietăți optice superioare și o concentrație mai mare. Echipa din Beijing are însă un laser mai puternic.
„Dacă combinăm aceste componente, putem construi un ceas semnificativ mai bun”, a declarat Schumm.
Un instrument nou pentru detectarea materiei întunecate
Poate cea mai spectaculoasă aplicație nu este legată de GPS sau de internet.
Echipa din Viena a utilizat noul ceas într-un experiment care a încercat să detecteze materia întunecată, una dintre marile mistere ale Universului.
Materia întunecată pare să existe în cantități uriașe, dar nimeni nu a reușit până acum s-o observe direct. Cercetătorii au căutat semnale foarte subtile care ar putea indica interacțiunea ei cu materia obișnuită.
Experimentul nu a detectat materia întunecată. Totuși, a demonstrat că ceasul nuclear poate efectua măsurători la nivelul celor mai bune ceasuri atomice existente.
Pentru cercetători, aceasta este doar începutul
Ceasul nuclear este încă departe de performanța dorită de fizicieni. Însă faptul că două echipe au reușit să construiască independent astfel de dispozitive schimbă statutul ideii: ceea ce timp de decenii a fost doar un vis al fizicienilor există acum în laborator.
„Ne oferă acces la un univers complet nou al fizicii”, afirmă Schumm.
