Onilliklər ərzində atom saatları GPS naviqasiyasına, qabaqcıl fizika tədqiqatlarına və fundamental nəzəriyyələrin sınaqlarına imkan verən dəqiq vaxt hesablamasının zirvəsi olmuşdur. Lakin JILA və NIST Təqaüdçüsü və Kolorado Universitetinin Boulder Universitetinin fizika professoru Jun Yenin rəhbərlik etdiyi JILA-nın tədqiqatçıları Vyana Texniki Universiteti ilə əməkdaşlıq edərək atomik keçidlərdən kənarda potensial olaraq daha sabit bir şeyə: nüvə saatına doğru irəliləyirlər.

Bu saat, torium-229 atomunun nüvəsindəki unikal aşağı enerjili keçiddən istifadə edərək, vaxtın hesablanmasında inqilab edə bilər. Bu keçid müasir atom saatlarına nisbətən ətraf mühitin pozulmasına daha az həssasdır və Standart Modeldən kənar fundamental fizikanın sınaqları üçün təklif edilmişdir.

Yenin laboratoriyasında bu fikir yeni deyil. Əslində, nüvə saatları üzrə laboratoriyada iş bir əlamətdar eksperimentlə başladı, onun nəticələri keçən il Təbiətin üz qabığı məqaləsi olaraq nəşr olundu , burada komanda torium-229 nüvə keçidinin ilk dəfə tezlik əsaslı, kvant vəziyyətinə uyğun ölçülməsini etdi. Bu nailiyyət, toriumun nüvə keçidinin vaxt göstəricisi kimi istifadə etmək üçün kifayət qədər dəqiqliklə ölçülə biləcəyini təsdiqlədi.

Bununla belə, dəqiq bir saat qurmaq üçün tədqiqatçılar keçidin xarici şərtlərə, o cümlədən temperatura necə cavab verdiyini tam olaraq xarakterizə etməlidirlər. Məhz bu yeni araşdırma – Physical Review Letters- də dərc edilmiş “Redaktorun Seçimi” məqaləsi – komanda atomları ehtiva edən kristalın müxtəlif temperaturlara qədər qızdırıldığı üçün torium nüvələrində enerji dəyişikliklərini öyrəndiyi üçün işə başlayır.

“Bu, nüvə saatının sistematikasını xarakterizə etmək üçün ilk addımdır” dedi JILA-nın doktoranturadan sonrakı tədqiqatçısı Dr. Jacob Higgins, tədqiqatın ilk müəllifi. “Biz temperatura nisbətən həssas olmayan bir keçid tapdıq, bu, dəqiq vaxt ölçmə cihazı üçün istədiyimiz şeydir.”

Jun Ye qeyd edir: “Bərk cisim nüvə saatı yüksək dəqiqliyə malik möhkəm və portativ vaxt ölçmə cihazı olmaq üçün böyük potensiala malikdir”. “Biz davamlı işləmək üçün 10-18 fraksiya tezlik sabitliyini ^qorumaq üçün kompakt nüvə saatı üçün parametr sahəsi axtarırıq .”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=4054963813&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1742295602&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-03-dialing-temperature-precise-nuclear-timekeeping.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM0LjAuNjk5OC44OSIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzNC4wLjY5OTguODkiXSxbIk5vdDpBLUJyYW5kIiwiMjQuMC4wLjAiXSxbIkdvb2dsZSBDaHJvbWUiLCIxMzQuMC42OTk4Ljg5Il1dLDBd&dt=1742295602628&bpp=3&bdt=206&idt=4&shv=r20250305&mjsv=m202503130101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1742295460%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1742295460%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1742295460%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=6177563056328&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=2122&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=42531706%2C95344790%2C95354597%2C31090357&oid=2&pvsid=2592284109990389&tmod=294521279&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=4&uci=a!4&btvi=1&fsb=1&dtd=8

Nüvə saatlarının dəqiqliyi

Atomun nüvəsi ətraf mühitin pozulmasından onun elektronlarına nisbətən daha az təsirləndiyinə görə, saat səs-küyə daha davamlı olduğu üçün nüvə saatı atom saatlarının zəifləyəcəyi şəraitdə dəqiqliyi saxlaya bilər. Bütün digər nüvələr arasında torium-229 bunun üçün xüsusilə uyğundur, çünki o, qeyri-adi dərəcədə aşağı enerji ilə nüvə keçidinə malikdir və bu, yüksək enerjili qamma şüaları ilə deyil, ultrabənövşəyi lazer işığı ilə araşdırmağı mümkün edir.

Tutulmuş ion sistemində toriumu ölçməkdən fərqli olaraq, Ye laboratoriyası fərqli bir yanaşma tətbiq etdi: torium-229-u bərk vəziyyətdə olan bir kalsium flüorid (CaF ₂ ) kristalına yerləşdirmək. Vyana Texniki Universitetində onların əməkdaşları tərəfindən hazırlanmış bu üsul ənənəvi ion tutma üsullarından daha yüksək torium nüvələrinin sıxlığına imkan verir. Daha çox nüvə daha güclü siqnallar və nüvə keçidini ölçmək üçün daha yaxşı sabitlik deməkdir.

Nüvə saatının qızdırılması

Temperaturun bu nüvə keçidinə necə təsir etdiyini araşdırmaq üçün tədqiqatçılar torium qatqılı kristalı üç fərqli temperatura qədər soyudub və qızdırıblar: maye azotla 150K (-123°C), quru buz-metanol qarışığı ilə 229K (-44°C) və 293K (təxminən otaq temperaturu). Tezlik darağı lazerindən istifadə edərək, nüvə keçid tezliyinin hər temperaturda necə dəyişdiyini ölçdülər və kristalda iki rəqabətli fiziki effekti aşkar etdilər.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklər əldə edin .Abunə ol

Bir təsir üçün, kristal istiləndikcə, o, genişləndi, atom şəbəkəsini incə şəkildə dəyişdirdi və torium nüvələrinin yaşadığı elektrik sahəsinin qradiyentini dəyişdi. Bu elektrik sahəsinin qradiyenti torium keçidinin temperatur dəyişdikcə müxtəlif istiqamətlərdə dəyişən çoxsaylı spektral xətlərə bölünməsinə səbəb oldu. İkinci təsir ondan ibarətdir ki, qəfəsin genişlənməsi kristaldakı elektronların yük sıxlığını da dəyişərək, elektronların nüvə ilə qarşılıqlı təsir gücünü dəyişdirdi və spektral xətlərin eyni istiqamətdə hərəkət etməsinə səbəb oldu.

Bu iki təsir torium atomlarını idarə etmək üçün mübarizə apararkən, bir xüsusi keçidin digərlərinə nisbətən temperatura daha az həssas olduğu müşahidə edildi, çünki iki təsir əsasən bir-birini ləğv etdi. Tədqiq olunan tam temperatur diapazonunda bu keçid cəmi 62 kilohers dəyişdi, bu keçid digər keçidlərdən ən azı 30 dəfə kiçikdir.

JILA aspirantı Chuankun Zhang əlavə edir: “Bu keçid, saat tətbiqləri üçün həqiqətən ümidverici bir şəkildə davranır”. “Əgər biz bunu daha da sabitləşdirə bilsək, bu, dəqiq vaxt hesablamasında əsl oyun dəyişdirici ola bilər.”

Növbəti addım olaraq, komanda nüvə keçidinin temperaturdan demək olar ki, tamamilə müstəqil qaldığı temperatur “şirin nöqtəsi” axtarmağı planlaşdırır. Onların ilkin məlumatları göstərir ki, 150K və 229K arasında bir yerdə keçid tezliyi gələcək nüvə saatı üçün ideal iş şəraitini təmin edərək, temperaturun sabitləşməsi daha da asan olacaq.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=809300024&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1742295626&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-03-dialing-temperature-precise-nuclear-timekeeping.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM0LjAuNjk5OC44OSIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzNC4wLjY5OTguODkiXSxbIk5vdDpBLUJyYW5kIiwiMjQuMC4wLjAiXSxbIkdvb2dsZSBDaHJvbWUiLCIxMzQuMC42OTk4Ljg5Il1dLDBd&dt=1742295602661&bpp=3&bdt=238&idt=3&shv=r20250305&mjsv=m202503130101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1742295460%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1742295460%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1742295460%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0%2C750x188&nras=1&correlator=6177563056328&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=3820&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=43&eid=42531706%2C95344790%2C95354597%2C31090357&oid=2&pvsid=2592284109990389&tmod=294521279&uas=1&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=5&uci=a!5&btvi=2&fsb=1&dtd=23407

Nüvə saat sisteminin fərdiləşdirilməsi

Tamamilə yeni tipli saatların yaradılması, çoxu tələb olunan fərdiləşdirmə səviyyəsində mövcud olmayan unikal dizaynlı avadanlıq tələb edir. JILA-nın alətlər mağazası sayəsində – maşinistləri və mühəndisləri ilə – komanda öz təcrübələri üçün vacib komponentlər yarada bildi.

Higgins qeyd edir: “Kim Hagan və bütün alətlər mağazası bu proses boyunca çox kömək etdi”. “Onlar torium qatqılı kristalı saxlayan kristal montajı emal etdilər və temperaturu dəqiq idarə etməyə imkan verən soyuq tələ sisteminin hissələrini qurdular.”

Daxili emal təcrübəsinin olması tədqiqatçılara dizaynları tez bir zamanda təkrarlamağa və hətta kristalın dəyişdirilməsi kimi kiçik dəyişikliklərin də asanlıqla həyata keçirilməsini təmin etməyə imkan verdi.

Komandanın başqa bir üzvü olan JILA aspirantı Tian Ooi əlavə edir: “Əgər biz yalnız hazır hissələrdən istifadə etsəydik, quraşdırmamıza eyni səviyyədə inamımız olmazdı”. “Alətlər mağazasından sifarişlə hazırlanmış parçalar bizə çox vaxt qənaət edir.”

Zamandan kənar hisslər

Bu tədqiqatın əsas məqsədi daha sabit nüvə saatı yaratmaq olsa da, onun nəticələri vaxtın hesablanmasından kənara çıxır. Torium nüvə keçidi öz mühitindəki pozğunluqlara çox həssasdır, lakin əsas qüvvələrdəki dəyişikliklərə çox həssasdır – onun tezliyində hər hansı gözlənilməz dəyişiklik qaranlıq maddənin varlığı kimi yeni fizikanı göstərə bilər.

“Nüvə keçidinin həssaslığı bizə yeni fizikanı araşdırmaq imkanı verə bilər” deyə Higgins izah edir. “Sadəcə daha yaxşı bir saat yaratmaqdan başqa, bu, kainatı öyrənməyin tamamilə yeni yollarına qapılar aça bilər.”

Daha çox məlumat: Jacob S. Higgins et al, Temperature Sensitivity of a Thorium-229 Solid-State Nuclear Clock, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.113801 . arXiv- də : DOI: 10.48550/arxiv.2409.11590

Jurnal məlumatı: arXiv , Fiziki İcmal məktubları , Təbiət   

JILA tərəfindən təmin edilmişdir