Rekor Kıran Hassasiyete Sahip Yeni Nesil Saatler

Teksas A&M’den Seçkin Profesör Dr. Olga Kocharovskaya ve diğer fizikçiler, rekorları kırabilecek yeni nesil saatler geliştirmek için geri sayıma başladı. kesinlik 300 milyar yılda bir saniyeye kadar, yani evrenin yaşının yaklaşık 22 katı.

Texas A&M Üniversitesi Fizik ve Astronomi Bölümü’nde seçkin bir profesör olan Dr. Olga Kocharovskaya’nın da dahil olduğu uluslararası bir araştırma ekibi, temel bilimi ve çeşitli endüstrileri etkileyen, akıllara durgunluk veren potansiyele sahip yeni nesil atom saatlerinin geliştirilmesine yönelik büyük bir adım attı. Nükleer fizikten uydu navigasyonuna ve telekomünikasyona kadar.

Skandiyum-45 Nükleer İzomeri Konusunda Öncü Araştırma

Argonne Ulusal Laboratuvarı Kıdemli fizikçi Dr. Yuri Shvyd’ko, ilk kez Avrupa XFEl (EuXFEL) X-ışını lazer tesisinde dünyanın en parlak X-ışını darbeleriyle skandiyum-45 nükleer izomerini rezonanslı olarak heyecanlandırdı ve bu nükleer rezonansın konumunu benzeri görülmemiş doğruluk. Bulguları dergide rapor edildi Doğahem çevrimiçi hem de 19 Ekim basılı baskısında.

Atomik ve Nükleer Saatlerin Potansiyeli

Sezyum-133 saati ya da stronsiyum-87 saati gibi atomik saatler, belirli bir düzendeki elektronların salınımlarına dayanır. atomBu araştırmayı başlatan ve destekleyen Ulusal Bilim Vakfı (NSF) projesinin baş araştırmacısı Kocharovskaya, “Mikrodalga veya optik radyasyon tarafından uyarıldığında son derece güvenilir frekanslarda salınabilen,” diye açıkladı.

Havacılık bileşenlerinde ve spor ekipmanlarında kullanılan bir element olan skandiyum, 300 milyar yılda bir saniyelik bir doğruluk veya mevcut standart atom saatinden kabaca bin kat daha fazla doğruluk sağlar. Skandiyum-45 ve ultra parlak X-ışını darbelerinin birleşimi, bilim adamlarını, elektron kabuğundan ziyade atom çekirdeğinin salınımını kontrol altına alabilecek ilk nükleer saatin yaratılmasına kararlı bir adım daha yaklaştırıyor.

Kocharovskaya’nın grubundan doktora sonrası araştırmacı Dr. Xiwen Zhang, “Görelilik, yerçekimi teorisi ve karanlık madde gibi diğer fiziksel fenomenlerin belirli yönlerinin incelenmesi de dahil olmak üzere, bu tür hassasiyet gerektiren amaçlar için nükleer saat en iyi saattir” dedi. Makalenin ortak yazarlarından biri.

Hassas Zaman İşleyişinde Devrim Yaratıyor

Texas A&M fizikçisi Dr. Grigory V. Rogachev, 10.000.000.000.000.000.000’de bir parçaya varan doğruluklarıyla, nükleer saatlerin hassas zaman işleyişinde yeni bir çağ açabileceğini ve sayısız alanda dönüştürücü uygulamalara olanak tanıyarak çok sayıda uygulama ve ilerlemeye yol açabileceğini belirtiyor.

Texas A&M Fizik ve Astronomi başkanı ve Texas A&M Cyclotron Enstitüsü üyesi Rogachev, “İnsanlık, modern çağların başlangıcından bu yana en hassas saatleri yapacak teknolojinin arayışı içindeydi” dedi.

“Şu anda atom saatleri en iyisidir. Dr. Kocharovskaya ve çalışma arkadaşları şimdi yeni ve çığır açan bir teknolojiye doğru ilk adımı atıyorlar. Araştırması, şimdiye kadarki en hassas saati, yani nükleer saati yaratmak için skandiyum-45 izotopunun benzersiz özelliklerinden yararlanacak yeni bir yol açıyor. Bu ilerlemenin ekstrem metrolojide, ultra yüksek spektroskopide ve potansiyel olarak çok sayıda başka alanda heyecan verici uygulamaları olabilir.”

Kuantum Optiğini Geliştirme ve İşbirlikçi Araştırmanın Rolü

Kocharavskaya’nın son on yıldaki araştırma ilgi alanları, optik fotonlar ve atomik geçişler arasındaki kontrol edilebilir rezonans etkileşimleriyle ilgilenen geleneksel kuantum optiği alanını, kontrol odaklı yeni ortaya çıkan nükleer/x-ışını kuantum optiği alanına genişletmeye odaklandı. X-ışını fotonları ve nükleer geçişler arasındaki rezonans etkileşiminin. Bu süreçte, uzun ömürlü ilk uyarılmış enerji durumuyla skandiyum-45’i hem kuantum nükleer depolama hem de nükleer saat için üstün aday olarak tanımladı. Asıl sorunun, mevcut x-ışını kaynaklarıyla bu duruma ulaşmanın mümkün olup olmadığı olduğunu söylüyor.

Süper çözünürlüklü tutarlı ileri nükleer spektroskopi için skandiyum-45’in yüksek potansiyelini ve 30 yıl içinde yeni ortaya çıkan yeni nesil hızlandırıcı tabanlı tesislerden gelen X ışınlarıyla rezonans uyarımı olasılığını öngören Shvyd’ko ile birlikte Kocharovskaya, daha önce NSF’ye, X-ışını darbeleri kullanılarak bir skandiyum-45 nükleer izomerinin rezonans uyarılmasını amaçlayan bir teklif yazmıştı.

Teksas A&M Kuantum Bilimi Enstitüsü üyesi Kocharovskaya, “Başlangıçta yüksek riskli/yüksek kazançlı bir proje olarak kabul edildiğinden karışık eleştiriler aldı, ancak sonunda finanse edildi ve bu da deneyi EuXFEL’de planlamamıza olanak sağladı” dedi. ve Mühendislik.

Kocharovskaya, Shvyd’ko’yu yalnızca grubun araştırmasının lideri olarak değil, aynı zamanda tüm ekip için bir ilham kaynağı olarak görüyor. Projenin her ayrıntısına giren tüm grupların çabalarını koordine etmekten, deney hazırlığındaki birçok zorluğu ve ilerlemeyi tartışan haftalık Zoom toplantıları düzenlemeye kadar, onun liderliğinin ve sıkı çalışmasının, bir projeyi görmenin tam olarak ne anlama geldiğine dair somut bir örnek sağladığını söylüyor. Uzun vadeli bilimsel rüya gerçeğe dönüşüyor. Ayrıca Alman meslektaşları Dr. Ralf Röhlsberger’in büyük katkıları olmadan projenin başarılı olamayacağını belirtiyor. DESY ve Helmholtz Enstitüsü, Jena; Heidelberg’deki Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü’nden Dr. Jörg Evers; ve Dr. Anders Madsen ve Gianlcuca Geloni, liderlik ettikleri gruplarla birlikte EuXFEL’de.

Gelecekteki Yönelimler ve Zorluklar

“Veri toplamanın ilk birkaç saatinde yankı görüldüğü anda hepimiz bu başarıyı sevinçle kutladık” diye ekledi. “Bu hepimiz için ödüllendiriciydi, ama özellikle 33 yıl önce süper çözünürlüklü nükleer spektroskopi için skandiyum-45’in yüksek bilimsel potansiyelini ve onu modern hızlandırıcı tabanlı X-ışını kaynaklarıyla harekete geçirme olasılığını fark eden Yuri için.”

Hiçbir zaman başarılarına güvenmeyen ekip, rezonans geçiş enerjisini daha yüksek doğrulukla belirlemek ve bir izomer durumunun tam ömrünü ölçmekle başlayarak şimdiden sonraki adımlara ve hedeflere odaklanmış durumda. Buna ek olarak, tutarlı ileri nükleer saçılımın gözlemlenmesi ve nükleer geçişin çizgi genişliğinin ölçülmesi de var.

Zhang, “Sonraki iki adıma nispeten basit bir şekilde ulaşılabilir” dedi. “Üçüncü adım son derece zorlu olsa da, gelecekteki herhangi bir nükleer saatin tahmin edilen doğruluğunu ve istikrarını tahmin etmek açısından kesinlikle kritik öneme sahip. Bir grup ve daha geniş bir araştırma ekibi olarak hepimiz bu mücadeleyi sabırsızlıkla bekliyoruz.”