Bilim insanları, atomların iç işleyişine dayanan bir cihaz olan nükleer saatlerin geliştirilmesine bir adım daha yaklaşıldığını duyurdu. Fizikçiler, ilk defa bir toriyum atomunun çekirdeğini yüksek bir enerji seviyesine çıkarmak için lazer ışığını kullanmayı başardılar. Bu keşif, daha hassas olmanın yanı sıra evrenin en temel kuvvetlerini araştırmak için yeni bir saat modelinin geliştirilmesinin yolunu açıyor. Araştırmacılar bulgularını 29 Nisan’da Physical Review Letters dergisinde yayınladılar.
Öncelikle, günümüzün en hassas saatleri atomik saatlerdir ve bu saatler atomların etrafında dönen elektronlara lazer ışığı göndererek zamanı tutarlar. Ancak atomik saatler, dış etkenlerden etkilenebilir ve bu da zamanın doğruluğunu azaltabilir. Bunun sebebi, atomların dışında bulunan elektronlardır ve bu elektronlar dış etkenlere karşı hassastırlar.
Nükleer saatler ise atomun çekirdeğindeki enerji geçişlerini kullanır ve dış etkenlerden daha az etkilenirler. Ancak, çoğu nükleer enerji seviyesi, elektronlarınkinin binlerce katı daha büyük olduğu için lazer ışığının enerjisi ile aşamazlar. Ancak 1970’lerde, bilim insanları, toriyum elementinin bir izotopunun (thorium-229) lazer ışığı ile aşılabilecek bir enerji seviyesine sahip olduğunu keşfettiler.
Bu hassas enerji seviyesini bulmak ise kolay bir iş değildi. Başlangıçta, araştırmacılar toriyum-229’u fizikçilerin ilgilendiği enerji seviyelerinden çok daha yüksek bir seviyeye çıkararak başladılar. Sonra, toriyumun yüksek enerji seviyesinden daha aşağı bir seviyeye düşerken yaydığı ışığın enerjisindeki farkları ölçtüler. Araştırmacılar, bu süreci bir topun gökdelenin tepesinden düşüp düşük bir yüksekliğe sahip bir kaldırıma çarpması gibi düşündüler. Topun çarpma anındaki farklılıklar, aralarındaki küçük mesafeyi belirlemelerine yardımcı oldu.
Son 50 yılda, araştırmacılar bu hassas enerji seviyesini belirlemek için gerekli olan enerjiyi çok küçük bir aralığa indirdiler. Ancak bu kadar hassas bir frekansı bulmak yıllarca sürebilirdi. Sonunda, araştırmacılar toriyum-229 çekirdeklerini kalsiyum florür kristalleri içine hapsettiler ve istedikleri enerji geçişini gözlemlemeyi başardılar.
Araştırmacılar, nükleer saatlerin atomik saatler kadar doğru olması için birkaç yıl daha gerekeceğini belirtiyorlar. Ancak bu keşifle birlikte, nükleer saatlerin geliştirilmesi için kapı açılmış oldu ve bu da karanlık enerjinin, karanlık maddenin ve evrenin temel kuvvetlerinin daha derinlemesine araştırılmasını mümkün kılabilir.
