Yıllardır üzerinde çalışılan bu teknoloji artık gerçeğe dönüşmeye epey yaklaşmış görünüyor. Zira Avusturya ve Çin'de birbirinden bağımsız çalışan iki araştırma ekibi, dünyanın çalışan ilk nükleer saatlerini geliştirmeyi başardı.
Dünyanın İlk Nükleer Saatleri Çalıştırıldı
Viyana ve Pekin'de çalışan araştırma ekipleri, yaklaşık 50 yıldır fizikçilerin üzerinde çalıştığı nükleer saat teknolojisini ilk kez çalışan cihazlar hâline getirdi. Her iki ekip de çalışmalarını hemen hemen aynı dönemde tamamladı ve sonuçlarını Nature dergisinde yayımlanan iki ayrı araştırmayla duyurdu.
Ekiplerin geliştirdiği saatler şu anda geleneksel atomik saatlerden daha hassas değil. Ancak araştırmacılara göre teknolojinin geliştirilmesiyle birlikte nükleer saatlerin mevcut atomik saatleri geride bırakma potansiyeli bulunuyor.
Nükleer Saatlerin Atom Saatlerinden Farkı Ne?
Nükleer saatlerde zamanı ölçmek için lazer kullanılıyor. Ancak atomik saatlerden farklı olarak lazer, atomun çevresindeki elektronlarla değil, doğrudan atom çekirdeğiyle etkileşime giriyor.
Geleneksel atomik saatlerde lazer veya mikrodalgalar kullanılarak atomun elektronları farklı enerji seviyeleri arasında hareket ettiriliyor. Sezyum veya stronsiyum gibi elementlerin kullanıldığı bu sistemlerde elektronların enerji seviyeleri arasındaki geçişler son derece kararlı olduğu için zaman çok yüksek bir hassasiyetle ölçülebiliyor. Nükleer saatlerde ise benzer bir prensip atomun çekirdeğine uygulanıyor. Bu kez elektronların değil, çekirdeğin içerisinde bulunan proton ve nötronların farklı enerji seviyeleri arasındaki geçişleri takip ediliyor. Araştırmacılar bu amaçla toryum-229 adı verilen özel bir toryum izotopunu kullanıyor. Bu atomlar, katı hâlde bulunan kalsiyum florür kristallerinin içerisinde hapsediliyor ve yüksek güçlü lazerlerle uyarılıyor.
Nükleer saatlerin daha hassas olabileceğinin düşünülmesinin temel sebebi, atom çekirdeğinin elektronların bulunduğu atom kabuğuna kıyasla çok daha küçük ve çevresel etkilere karşı daha dayanıklı olması. Dolayısıyla çekirdekte gerçekleşen enerji geçişlerinin takip edilmesi, teorik olarak zamanı daha kararlı ve daha hassas bir şekilde ölçme imkânı sağlayabilir.
İki Araştırma Bir Araya Getirilerek Daha İyi Sonuçlar Elde Edilebilir
İki ekibin geliştirdiği sistemlerin farklı güçlü yönleri bulunuyor. Viyana ekibi daha yüksek toryum yoğunluğuna ve daha iyi optik özelliklere sahip kristaller kullanırken, Pekin'deki ekip daha güçlü bir lazere sahip. Araştırmacılara göre bu iki teknolojinin güçlü yönlerinin bir araya getirilmesiyle mevcut prototiplerden çok daha gelişmiş bir nükleer saat üretmek mümkün olabilir. Araştırmacılar, gelecekte nükleer saatlerin mevcut en hassas atomik saatlerden daha küçük ve çevresel koşullara karşı daha dayanıklı sistemler hâline getirilebileceğini düşünüyor.
Nükleer saatlerin geliştirilmesi hâlinde ortaya çıkabilecek avantajlar da oldukça geniş. Daha hassas saatler, uydu tabanlı navigasyon sistemlerinin doğruluğunu artırabileceği gibi veri transferinin senkronizasyonu, haritacılık, hassas ölçüm ve telekomünikasyon gibi alanlarda da kullanılabilir. Tabii bu teknolojinin önemi yalnızca daha hassas sistemler üretme potansiyelinden kaynaklanmıyor. Nükleer saatler, fizikçilerin evrenin temel kurallarını araştırması için de tamamen yeni bir araç sağlayabilir.
Karanlık Maddeyi Araştırmak İçin Kullanıldı
Bunun ilk örneklerinden biri Viyana ekibinin gerçekleştirdiği deney oldu. Araştırmacılar, geliştirdikleri nükleer saati kullanarak karanlık maddeyi tespit etmeye yönelik bir fizik deneyi gerçekleştirdi. Zira nükleer saatin son derece hassas ölçümler yapabilmesi, karanlık maddenin atomların davranışları üzerinde oluşturabileceği son derece küçük etkilerin araştırılmasına imkân sağlayabilir. Viyana ekibi gerçekleştirdiği deneyde karanlık maddeyi tespit edemedi ancak nükleer saatin, bu tür hassas fizik deneylerinde en gelişmiş atomik saatlerle benzer seviyede performans gösterebildiğini ortaya koydu.
Bilim insanlarına göre bu yalnızca başlangıç. Nükleer saat teknolojisi geliştirildikçe çok daha hassas ölçümler yapılabilmesi, mevcut fizik teorilerinin sınanmasına ve henüz keşfedilmemiş fiziksel olayların araştırılmasına yardımcı olabilir.
