Τεχνολογία-Νέες Εφαρμογές

Τα πυρηνικά θα αντικαταστήσουν τα ατομικά ρολόγια

Τα ατομικά ρολόγια είναι η βάση των συσκευών GPS, καθορίζουν την επίσημη διάρκεια του δευτερολέπτου και πρόσφατα έπαιξαν ρόλο στην παρακολούθηση υποατομικών σωματίδια, που φαινομενικά ταξιδεύουν γρηγορότερα και από το φως. Τώρα αυτό το “απόλυτο” χρονόμετρο έχει ένα αντίπαλο: μια νέα μέθοδος για την κατασκευή πυρηνικών ρολογιών προτείνει ότι τέτοιες συσκευές θα μπορούσαν να έχουν 60 φορές μεγαλύτερη ακρίβεια από όσο οι ατομικοί τους αντίπαλοι.

Print Friendly, PDF & Email
Share

Τα ατομικά ρολόγια είναι η βάση των συσκευών GPS, καθορίζουν την επίσημη διάρκεια του δευτερολέπτου και πρόσφατα έπαιξαν ρόλο στην παρακολούθηση υποατομικών σωματίδια, που φαινομενικά ταξιδεύουν γρηγορότερα και από το φως. Τώρα αυτό το "απόλυτο" χρονόμετρο έχει ένα αντίπαλο: μια νέα μέθοδος για την κατασκευή πυρηνικών ρολογιών προτείνει ότι τέτοιες συσκευές θα μπορούσαν να έχουν 60 φορές μεγαλύτερη  ακρίβεια από όσο οι ατομικοί τους αντίπαλοι.

Βεβαίως, δεν έχει φτιαχτεί ακόμη κανένα πυρηνικό ρολόι, αλλά η ιδέα αυτή βασίζεται στην ιδέα να χρησιμοποιήσουμε τον πυρήνα σαν ένα διαπασών. Ένας πυρήνας θα μεταβεί σε μια υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση, μετά θα γυρίσει πίσω, και πάλι θα κάνει ένα άλμα, μόνο αν χτυπηθεί με μία πολύ συγκεκριμένη συχνότητα του φωτός. Ο συντονισμός με τη βοήθεια ενός λέιζερ, γίνεται έτσι ώστε να ζητούμε αυτά τα άλματα να έχουν τη συχνότητα των μεταβάσεων να γίνεται με ένα φαινομενικό επίπεδο ακρίβειας. Η συχνότητα δε αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν το τικ ενός ρολογιού για να μετρηθεί ο χρόνος .

Μια παρόμοια μέθοδος χρησιμοποιείται σε ατομικά ρολόγια, εκτός του ότι τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τον πυρήνα, είναι αυτά που κάνουν το ενεργειακό άλμα. Τα μεγαλύτερης ακριβείας ατομικά ρολόγια χάνουν μόλις 4 δευτερόλεπτα από την εποχή της Μεγάλης Έκρηξης. Κατ αρχήν, ένα πυρηνικό ρολόι θα μπορούσε να συνθλίψει το ρεκόρ αυτό. Τα περιβάλλοντα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία οποσδήποτε επηρεάζουν τα ηλεκτρόνια στα ατομικά ρολόγια, προκαλώντας έτσι λάθη, αλλά θα επηρεάσουν πολύ λιγότερο τα μικροσκοπικά σωματίδια μέσα στον πυρήνα .

Ενώ τα πυρηνικά ρολόγια κατασκευάζονται από άτομα θορίου, τα οποία μπορούν να διεγερθούν με σχετικά χαμηλής ενέργειας υπεριώδες φως, όπως προτάθηκε το 2003 για πρώτη φορά, δεν ήταν σαφές το αν θα έχουν καλύτερη ακρίβεια  από ότι τα ατομικά ρολόγια. Η ακριβής συχνότητα που απαιτείται για να διεγείρει έναν πυρήνα εξαρτάται από τη διαμόρφωση των ηλεκτρονίων που είναι σε τροχιά γύρω του, η οποία μπορεί να ποικίλλει, με την εισαγωγή κάποιας αβεβαιότητας.

Τώρα όμως ο Corey Campbell στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο στην Ατλάντα και οι συνεργάτες του έχουν επινοήσει ένα σύστημα που χρησιμοποιεί λέιζερ για να ελέγχουν προσεκτικά το χωρικό προσανατολισμό των τροχιών των ηλεκτρονίων στα άτομα. Ένα τέτοιο ρολόι ιόντων θορίου που ελέγχεται με αυτό τον τρόπο θα χάνει μόλις 1 δευτερόλεπτο στα 200 δισεκατομμύρια χρόνια, όπως υποστηρίζει η ομάδα – ή κάτι περισσότερο από 14 φορές την ηλικία του σύμπαντος.

Πριν γίνουν πραγματικότητα τα πυρηνικά ρολόγια , οι ερευνητές πρέπει να εντοπίσουν την ακριβή συχνότητα του φωτός που απαιτείται για να διεγείρει τους πυρήνες του θορίου.

Τέτοια ρολόγια θα μπορούσαν να ρίξουν φως και στη θεωρία των χορδών. Η συχνότητα των ενεργειακών αλμάτων σε ένα πυρηνικό ρολόι θα εξαρτηθεί από την ισχυρή πυρηνική δύναμη, ενώ τα άλματα των ηλεκτρονίων στα ατομικά ρολόγια εξαρτώνται από μια διαφορετική θεμελιώδη δύναμη. Έτσι μαζί θα μπορούσαν να αποκαλύψουν αν η σχετική δύναμη των δυνάμεων αλλάζει, όπως δέχεται η θεωρία των χορδών.

Βεβαίως η παραπάνω επαλήθευση δεν υποστηρίζεται από όλους. Παράδειγμα ο φυσικός Peter Woit, ο αποδεδειγμένος αντίπαλος της θεωρίας χορδών ο οποίος  γράφει στο blog του

Το αστείο στην "πρόβλεψη" της θεωρίας χορδών ότι η σχετική δύναμη των δυνάμεων αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου, που πολλοί θεωρητικοί των χορδών προωθούν ως «πρόβλεψη», φέρνει ακριβώς το αντίθετο: σύμφωνα με αυτό το επιχείρημα, η αλλαγή σε αυτές τις δυνάμεις θα σήμαινε μεγάλες αλλαγές και στην ενέργεια του κενού , την οποία δεν βλέπουμε, έτσι μια πρόβλεψη της θεωρίας χορδών είναι όχι η αλλαγή αλλά η σταθερότητα.

Print Friendly, PDF & Email

About the author

physics4u

Leave a Comment

Share