Złamano tajemnicę czasu. Pierwszy zegar jądrowy właśnie ruszył

Jak działa pierwszy zegar jądrowy?

Według prac opublikowanych w ostatnich dniach badaczom po raz pierwszy udało się stworzyć pełny zegar jądrowy. Naukowcy z Europy i Chin sięgnęli po tor-229 – wyjątkowy izotop, który może pełnić rolę niezwykle precyzyjnego „wahadła”. Zamiast śledzić ruchy elektronów wokół jądra atomu, ich zegary mierzą subtelne zmiany zachodzące w samym jądrze.

Laser jest stale dostrajany do przejścia energetycznego w jądrze toru-229, a urządzenie działa w zamkniętej pętli – samo siebie koryguje i utrzymuje rytm. Co najbardziej zaskakujące, dwa zespoły na dwóch różnych kontynentach osiągnęły ten efekt niemal w tym samym momencie.

.Problem tkwił w elektronach

Pomysł na zegar jądrowy pojawił się już w latach 90., a konkretną propozycję przedstawiono w 2003 roku. Jednak przez długi czas pozostawał on w sferze teorii. Współczesne najdokładniejsze zegary opierają się na przejściach elektronowych w atomach i jonach. Problem w tym, że elektrony znajdują się na obrzeżach atomu i są stosunkowo łatwo zaburzane przez pole magnetyczne, temperaturę czy inne czynniki zewnętrzne. Jądro jest znacznie bardziej „spokojne” i odporne na takie zakłócenia.

2024 był ważnym krokiem milowym

W 2024 roku udało się po raz pierwszy wzbudzić przejście jądrowe w torze-229 laserem, a później pokazać, że da się je kontrolować. To jednak wciąż nie był pełny zegar. Dopiero teraz zespoły m.in. z TU Wien, Physikalisch-Technische Bundesanstalt i Tsinghua University poszły o krok dalej – stworzyły system, w którym jądro nie tylko reaguje na laser, ale samo pomaga utrzymywać stałą częstotliwość.

Poszukiwanie czarnych dziur

Naukowcy już zdążyli go użyć do czegoś naprawdę fascynującego: poszukiwania ciemnej materii. Dzięki temu, że jądro toru-229 jest wyjątkowo „wrażliwe”, zegar potrafi wychwycić nawet bardzo subtelne zmiany w prawach fizyki. W badaniu udało się dzięki niemu postawić nowe granice dla hipotetycznej ultralekkiej ciemnej materii. To pokazuje, że zegar nie tylko odmierza czas z dużą precyzją, ale już teraz pomaga nam zaglądać w jedną z największych zagadek Wszechświata.

Na razie pierwsze zegary jądrowe nie są jeszcze lepsze od swoich atomowych odpowiedników. Trudno się temu dziwić, bo zegary atomowe są rozwijane od 70 lat. Najważniejsze jest jednak coś innego: technologia, która przez dekady pozostawała marzeniem fizyków, wreszcie zaczęła działać. Jeśli prognozy badaczy się potwierdzą, za kilka lat zegary jądrowe mogą prześcignąć te atomowe.

Warto przeczytać: Szwedzki przełom. Fuzja jądrowa jest coraz bliżej