Nükleer Saatlerin Gelişimi ve Önemi
Zamanı daha isabetli bir şekilde takip etme potansiyeline sahip olan nükleer saatler üzerinde uzun bir süredir çalışmalar yapılmaktadır. Ancak bu süreç, bazı zorlu engellerle karşılaşmıştır. Atom saatleri, atom içindeki elektronların enerji durumlarının değişmesi ile çalışmaktadır. Atomlar, yüksek ve düşük enerji geçişleri sırasında, atom türüne bağlı olarak çok hassas bir frekansta enerji açığa çıkarmaktadır. Bu frekansın tespit edilip ölçülmesi ile geliştirilmiş saatler üretilmektedir. Genellikle sezyum atomları atom saatlerinde kullanılırken, stronsiyum elementinin daha doğru sonuçlar verdiği de gözlemlenmiştir.
Atom Çekirdekleri Üzerinden Zaman Ölçümü
Nükleer saatlerin çalışma prensibi, elektronların değil, atom çekirdeğindeki enerji değişimleri üzerinden zamanı ölçmeye dayanır. Atomdan yaklaşık 100 bin kat daha küçük olan çekirdeklerdeki enerji değişimlerinin, daha net ölçümler yapılmasına olanak sağlayacağı düşünülmektedir. Bilim insanlarının bu alanda karşılaştığı en büyük engellerden biri, atom çekirdeklerinin enerji durumlarını değiştirme konusunda yaşadıkları zorluklardır.
Toryum elementinin toryum-229 izotopunun çekirdeğinde enerji değişimi yaratmanın nispeten daha az enerji gerektireceği anlaşılınca, araştırmalar bu atom üzerine yoğunlaşmıştır. Bu yıl, araştırmacılar çığır açan bir başarıya imza atarak, toryum-229 atom çekirdeğinin enerji durumunu değiştirmeyi başarmışlardır.
İlk Nükleer Saat Prototipi
Önde gelen hakemli dergi Nature‘da yayımlanan bu araştırmayı yürüten ekip, bu başarının üzerine daha fazlasını ekleyerek ilk nükleer saat prototipini geliştirmiştir. Araştırmacılar, kalsiyum florürden bir kristal yapıp, içine toryum atomunun çekirdeğini yerleştirmişlerdir. Ardından bu kristali stronsiyum temelli bir atom saatine entegre ederek ultraviyole ışığına maruz bırakmışlardır. Bu prototip, mevcut atom saatlerinden daha isabetli bir şekilde zamanı ölçmeyi başaramasa da, buna doğru önemli bir adım atıldığını göstermektedir.
Ekip, çalışmada kullanılan mekanizmanın henüz tam bir nükleer saat olmasa da, temel bileşenlerini içerdiğini belirtmektedir. Viyana Teknik Üniversitesinden Thorsten Schumm, bu çalışma hakkında “Bu ilk prototiple, toryumun zamanı ultra yüksek hassasiyetle ölçmek için kullanılabileceğini kanıtladık. Geriye sadece teknik geliştirme çalışmaları kaldı ve başka büyük engeller beklenmiyor” demektedir.
Nükleer Saatlerin Geleceği ve Potansiyeli
Nükleer saatler, sağlayacakları keskin ölçümlerle GPS sistemleri ve internet hızında önemli gelişmelere katkıda bulunmanın yanı sıra, evrenin gizemlerinin çözülmesine de yardımcı olabilir. Fizikçi Jun Ye, makalenin diğer bir yazarı olarak “Milyarlarca yıl boyunca çalışsa bile bir saniyeyi bile kaçırmayan bir kol saati düşünün. Henüz o noktada değiliz fakat bu araştırma bizi o hassasiyet düzeyine yaklaştırıyor” şeklinde açıklamada bulunmaktadır.
Ekip, nükleer saatlerin atom saatleriyle karşılaştırıldığında “Nükleer saatler, atomun elektron kabuğunda meydana gelen elektron geçişinin aksine, atomun çekirdeğindeki nükleer geçişe dayandığından, elektriksel manyetik alanlar gibi durumlara karşı daha az hassas olabilir” ifadelerini kullanmaktadır. Ayrıca, “Toryumdaki nükleer geçiş frekansı, çoğu atom saati frekansından daha yüksek olduğu için, genelde daha hızlı çalışan bir saat, zamanı daha hassas bir şekilde ölçer” şeklinde eklemektedirler.
Araştırmacılar, önümüzdeki iki ila üç yıl içinde atom saatlerini geride bırakan nükleer saatlerin geliştirileceğini öngörmektedirler.
