Au fost create primele ceasuri nucleare din lume: Vor fi extrem de precise și vor revoluționa modul în care percepem timpul

Timpul, unul dintre lucrurile pe care le considerăm cele mai precise și mai ușor de măsurat, tocmai a primit un instrument complet nou. Două echipe de cercetători din Viena și Beijing au construit independent primele ceasuri nucleare funcționale din lume.

Cele două echipe și-au prezentat rezultatele în două studii publicate miercuri în revista Nature, citată de Reuters.

Ceasurile nu sunt încă mai precise decât cele mai bune ceasuri atomice existente, însă cercetătorii cred că au potențialul de a le depăși după ce tehnologia va fi perfecționată.

Iar miza nu ține doar de a măsura timpul cu o precizie și mai mare. Ceasurile nucleare ar putea avea aplicații în navigația prin satelit, comunicații, măsurători de mare precizie și chiar în căutarea unor fenomene pe care fizicienii încă nu le pot explica.

Numele poate suna ca și cum ceasul ar avea nevoie de o reacție nucleară pentru a funcționa. Nu este cazul.

Un ceas nuclear măsoară timpul prin modul în care un laser interacționează cu nucleul unui atom. Ambele dispozitive create la Viena și Beijing folosesc un izotop al toriului, numit toriu-229, prins în cristale solide de fluorură de calciu.

Pentru a înțelege diferența, trebuie să ne uităm puțin în interiorul atomului

Ceasurile atomice tradiționale folosesc lasere sau microunde pentru a determina schimbările de energie ale electronilor din jurul nucleului.

Aceste tranziții sunt extrem de regulate și pot servi drept „tic-tac” pentru un ceas.

Într-un ceas nuclear, laserul interacționează direct cu protonii și neutronii din nucleu și îi face să treacă între diferite niveluri de energie.

Nucleul atomului este mult mai mic decât învelișul în care se află electronii. Tocmai de aceea, cercetătorii cred că aceste tranziții ar putea permite, în cele din urmă, o măsurare și mai precisă a timpului.

Cele mai bune ceasuri atomice din prezent sunt atât de precise, încât ar pierde sau ar câștiga doar o secundă după miliarde de ani.

Această precizie nu este doar o curiozitate pentru fizicieni. Ea stă la baza unor tehnologii pe care le folosim în fiecare zi.

Sistemele de navigație prin satelit, comunicațiile prin internet, rețelele mobile și transmisiile prin fibră optică depind de sincronizări extrem de precise.

Un ceas nuclear perfecționat ar putea face aceste sisteme și mai precise.

Cercetătorii cred, de asemenea, că asemenea dispozitive ar putea fi mai mici și mai puțin sensibile decât unele dintre cele mai performante ceasuri atomice actuale.

Thorsten Schumm, fizician la Universitatea Tehnică din Viena și unul dintre coordonatorii echipei austriece, vede aplicații inclusiv în navigația prin satelit, sincronizarea transferurilor de date și domeniul măsurătorilor de mare precizie.

Faptul că două echipe au reușit aproape simultan este important

Cercetătorul chinez Shiqian Ding, de la Universitatea Tsinghua, spune că rezultatul arată că ideea funcționează și nu depinde de o singură metodă experimentală.

Cele două echipe au folosit abordări diferite. Iar cercetătorii au observat deja că tehnologiile lor s-ar putea completa.

Ceasul de la Viena are cristale de toriu cu proprietăți optice mai bune și o concentrație mai mare. Echipa de la Beijing dispune însă de un laser mai puternic.

„Dacă punem aceste componente împreună, putem construi un ceas semnificativ mai bun”, a spus Schumm.

Poate cea mai spectaculoasă aplicație nu are legătură cu GPS-ul sau internetul.

Echipa de la Viena a folosit noul ceas într-un experiment care a încercat să detecteze materia întunecată, una dintre marile enigme ale Universului.

Materia întunecată pare să existe în cantități uriașe, dar nimeni nu a reușit până acum să o observe direct. Cercetătorii au căutat semnale foarte fine care ar putea indica interacțiunea ei cu materia obișnuită.

Experimentul nu a detectat materia întunecată. A arătat însă că ceasul nuclear poate face măsurători la nivelul celor mai bune ceasuri atomice existente.

Ceasul nuclear este încă departe de performanța pe care și-o doresc fizicienii. Dar faptul că două echipe au reușit să construiască independent astfel de dispozitive schimbă statutul ideii: ceea ce timp de decenii a fost doar un vis al fizicienilor există acum în laborator.

„Ne oferă acces la un univers complet nou al fizicii”, spune Schumm.