Bakit ang mga siyentipiko ay nagtatayo ng isang Nuclear Clock? Dahil ang Atomic Clocks ay hindi Perpekto

Ang gawain ng pagbuo ng isang orasan na tumpak na nagpapanatili ng oras ay ganap na hindi katulad ng orasan. Ang mga normal na orasan ay tumutulong sa paglilingkod sa amin nang maayos para sa pang-araw-araw na mga praktikal na pangangailangan, ngunit ang pang-agham na pananaliksik at teknolohiya batay sa mga sensitibong measurements ay nangangailangan ng mga orasan na maaaring masukat ang pagpasa ng oras na may sukdulang katumpakan. Sa gayon, imbento ng mga siyentipiko ang mga orasan ng atomika - at habang mas tumpak ang mga ito sa pag-iingat ng oras kaysa sa maginoo na mga sistema, may nanatiling mahalagang lugar para sa pagpapabuti. Ngayon, lumilipat ang mga siyentipiko mula sa atomikong mundo patungo sa nukleyar. Isang bagong pag-aaral na inilathala sa Kalikasan nagpapakita na ang mga German physicist ay nakagawa ng isang timepiece na may kakulangan ng mas mababa sa isang ikasampu ng isang segundo bawat 20 bilyong taon. Iyan ay - depende sa kung paano ka tumingin sa ito - 10 beses na mas mahusay kaysa sa kasalukuyang mga teknolohiya ng atomic

Subalit bago namin i-dub ang mga orasan ng atomic na hindi na ginagamit, isaalang-alang natin kung ano ang nakakaiba sa mga ito mula sa mga ninuno na nagsusulong ng palawit.

Ang bawat orasan ay gumagamit ng isang risoneytor upang subaybayan ang oras. Ang isang resonator ay isang mekanismo na, alang-alang sa pagpapagaan, "ticks" sa isang regular na batayan. Ang mga lumang orasan ay gumamit ng pendulo at gears bilang isang resonator. Ang mga digital na orasan ay gumagamit ng mga oscillation sa power line o ng isang kristal na kuwarts bilang resonator. Ang isang atomic na orasan ay tumatagal ng ideya na ito ng ilang hakbang pasulong sa pamamagitan ng paggamit ng mga resonance frequency ng atoms ang kanilang mga sarili bilang resonator. Sa sistemang ito, ang resonator ay kinokontrol ng electromagnetic radiation na pinalabas ng transition na kabuuan ng isang atom. Sa ibang salita, ang isang orasan ng atomika ay sumusubaybay sa oras sa pamamagitan ng pagsukat ng mga energetic na pagbabago sa isang atomic na maliit na butil.

Para sa ilang mga elemento at kanilang mga isotopes, ito ay nangyayari sa magkaparehong mga frequency. Halimbawa, ang Cesium-133, ay nagbubuga sa eksaktong 9,192,631,770 cycles kada segundo. Iyon ang dahilan kung bakit ginamit ito upang itayo ang unang atomic clock sa National Physical Laboratory sa UK, noong 1955.

Simula noon, maraming mga teknolohikal na pag-unlad na humantong sa mas tumpak na mga orasan ng atomic - kabilang ang laser cooling at tigil ng mga atoms, mas tumpak na laser spectroscopy, at pag-uunawa ng iba pang mga isotopic elemento na nagpapakita ng higit pang mga pare-pareho na matunog na mga frequency. Ang kasalukuyang may-hawak ng record para sa pinaka-tumpak na orasan ng atomic base ay binabasa sa ytterbium ions.

Ang dahilan ng mga oryentasyong atomic ay napakahalagang may kinalaman sa katotohanang ang mga orasan ay may sukat ng oras sa magkakaibang elevation. Ang mas malayo sa isang orasan ay mula sa pangunahing pinagkukunan ng grabidad, ang mas mabilis na oras ay pumasa (ibig sabihin, isang orasan ay tatakbo nang mas mabilis sa Mount Everest kaysa sa antas ng dagat). Ang pagkakaiba ay tila bale-wala, ngunit maaaring magdagdag ng hanggang mas maraming oras na ipinapasa.

Maraming ng aming teknolohiya ang mga araw na ito ay nagpapatakbo bilang pandaigdigang mga application, tulad ng GPS. Upang matiyak na tumakbo sila nang sabay-sabay saan man ang isang tao, dapat silang nakatali nang direkta sa isang tumpak na orasan. Walang mas mahusay na paraan upang matiyak na kaysa gumamit ng atomic clock bilang isang pamantayan. Sa pinakahuling pag-aaral, binabalangkas ng pangkat ng pananaliksik ng Aleman ang isang ideya upang direktang sukatin ang mga oscillation ng atomic nucleus mismo ng elemento (kumpara sa mga electron na nakapalibot sa nucleus). Ang isang atomic clock batay sa disenyo ay maiiwasan na maimpluwensiyahan ng mga panlabas na pwersa. Ang koponan ng pananaliksik ay kinikilala ang isang estado ng paggulo sa isotope ng thorium, Th-229m, na maaaring gumana - at naglalarawan ng mga natuklasan sa eksperimento na sumusuporta sa paniwala na ito.

May isa lamang problema: Ang Th-229m ay hindi nangyayari nang natural. Kahit na ang mga resulta ng bagong pag-aaral ay gayon pa man ang kahanga-hanga, ito ay hindi malinaw na eksakto kung paano mananaliksik ay maaaring ani ng sapat na Th-229m upang bumuo at mapanatili ang isang nuclear orasan. Ang mga mananaliksik ay nagmula sa Th-229m sa kasong ito sa pamamagitan ng paggamit ng uranium-233 bilang pinagmulan. Ito ay hindi isang madaling proseso.

Kung alam ng mga siyentipiko kung paano malutas ang maliit na isyu at bumuo ng isang napapanatiling halaga ng Th-229m, tinitingnan namin ang isang bagong henerasyon ng atomic clocks na walang alinlangan ay naglalaro ng malaking papel habang nagtatayo kami ng higit pa at higit na teknolohiya na sumasaklaw sa mundo at Naghahain ang mga tao sa bawat sulok ng mundo.