Nükleer Saat Fizikte Çığır Açacak

Bilim insanları, en doğru zaman hesabını yapacak nükleer bir saat geliştirmek için çalışmalara başladı. Nükleer saatin, evrenin yaşına denk gelen 14 milyar yılda saniyenin sadece 10’da biri kadar yanılma hatası bulunacak.

Uluslararası üç bilimsel kurumun yer aldığı projenin gerçeğe dönüştürülmesi halinde, fizikteki en temel teoriler daha iyi incelenebilecek. Physical Review Letters dergisinde yayımlanacak araştırmaya göre, nükleer saatin hassasiyeti, tek bir toryum iyonunun çekirdeğine dayanacak.

Nükleer saatin zaman ayarı, bugün Küresel Konum Sistemleri’nin (GPS) temelini oluşturan atomik saatlerden 100 kat daha doğru olacak. İletişimde çığır açabilecek nükleer saat, aynı zamanda fizikteki temel ölçüm deneylerinde de büyük bir atılım sağlayabilir.

Nükleer saat projesi, ABD’nin Georgia Teknoloji Enstitüsü ve Nevada Üniversitesi ile Avustralya’nın New South Wales Üniversitesi tarafından yürütülüyor. Araştırma ekibinde yer alan Georgia Teknoloji Enstitüsü’nden Alex Luzmich, RedOrbit sitesine, “Günümüzdeki birçok uygulama için atomik saatler yeterince doğruluk sağlıyor. Ancak çok daha kesin ölçümler sunan bir saat deneyleri bir adım ileriye taşıyabilir” yorumunu yaptı.

Yüksek frekanslı Lazer
Atomik saatlerin zaman hassasiyetini, atomlardaki elektronların lazerle oluşturulan titreşimleri sağlıyor. Ancak bu atomlar manyetik ve elektrik alanların etkisinde kalabiliyor. Bu durum, atomik saatlerin çok düşük bir oranda, 14 milyarda 4 saniye sapmasına neden olabiliyor.

Atomun çekirdeğinde daha yoğun bulunan ve elektronlardan ağır olan nötronlar ise manyetik ve elektrik alanlardan neredeyse hiç etkilenmiyor. Bu sayede, nükleer saatlerdeki yanılma oranının 14 milyar yılda saniyenin sadece 10’da birine indirilmesi hedefleniyor.

Araştırma ekibinde yer alan Corey Campbell, “Nötronlar atomun çekirdeğinde çok daha yoğun ve birbirlerine yakın bulunuyor. Bu sayede dış düzensizlikler bu parçacıkların titreşimlerini neredeyse hiç etkileyemiyor” dedi.

Soğutucu İyon
Bilim insanları, toryum 229 iyonunu daha yüksek enerji seviyesine taşımak için, yüksek enerjili lazer kullanacak. Yüksek enerjili lazerin frekansının çok net belirlenebilmesi sayesinde, zaman çok daha kesin ölçeklerde tutulacak.

Nükleer saatin sürekli çalışır halde kalabilmesi için çok düşük sıcaklıklarda muhafaza edilmesi gerekiyor. Normalde bu işlem için lazer soğutma kullanılıyor. Ancak nükleer saatte lazerin zaman hesabı yapacak olması nedeniyle araştırmacılar toryum 229’un yanına daha ağır olan toryum 232 iyonu ekleyecek. Soğutulacak olan toryum 232, buzdolabı görevi görerek diğer iyonun soğumasını sağlayacak.

Araştırmacılar, nükleer saatin, atomik saatten 100 kat daha doğru zaman hesabı yapacağını tahmin ediyor. Projenin başarıya ulaşması halinde, nükleer ve atomik saatler aynı fizik deneylerinde karşılaştırma yapmak için de kullanılabilecek.