Zegar atomowy już za mało dokładny

Wśród mieszkańców globu nie znajdziemy zapewne choćby jednej osoby, która swoją aktywność życiową ma uregulowaną z dokładnością co do sekundy. A jednak nasza cywilizacja jako całość tak właśnie funkcjonuje. W komunikacji, nawigacji, finansach międzynarodowych, niektórych badaniach naukowych i innych czynnościach czas od dawna odmierzają nam zegary atomowe. Bazują one na własnościach emisyjnych atomów. Atomy zaś, jak wiemy, są zbudowane z jądra i krążących wokół niego elektronów, znajdujących się na różnych poziomach energetycznych. Przejście z jednego poziomu do drugiego powoduje emisję lub absorbcję energii. Częstotliwość tych przejść czy też drgań – wymuszanych w tym przypadku przez impulsy laserowe – może być podstawą do niezwykle precyzyjnego wyznaczania czasu. W najdokładniejszych zegarach atomowych błąd pomiaru wynosi sekundę na dziesiątki milionów lat.

Okazuje się jednak, że naukowcom to nie wystarcza. Ich zdaniem zegary atomowe są dalekie od ideału. Polegają bowiem na zachowaniu elektronów, które są wrażliwe na zakłócenia powodowane przez rozmaite czynniki zewnętrzne, np. pole magnetyczne. Wiele lat temu zaczęto się więc zastanawiać nad zbudowaniem zegara bazującego nie na całym atomie, ale tylko na jego jądrze, które jest znacznie lepiej chronione przed zewnętrzną ingerencją. Od początku wiadomo było, że zadanie będzie trudne do wykonania, ponieważ nie istnieją lasery mogące wymusić na jądrze to, co udaje im się w przypadku elektronów. Ale był jeden wyjątek.

Okazał się nim tor-229, jeden z izotopów promieniotwórczego pierwiastka. Na nim skupiła się uwaga badaczy. W ostatnich latach wykonali oni kilka ważnych kroków na drodze do zbudowania zegara jądrowego bazującego na torze-229, a na początku września br. grupa badaczy poinformowała w „Nature” o złożeniu w całość demonstracyjnej wersji takiego czasomierza. Zastosowano w niej dwa lasery: do inicjowania przejść energetycznych w jądrze toru-229 i do precyzyjnego zliczania częstotliwości tych przejść. Choć droga od eksperymentu laboratoryjnego do działającego urządzenia jest wciąż jeszcze długa, autorzy badań – ich liderem był Chuankun Zhang z University of Colorado – podkreślają, że zegary jądrowe nie tylko pozwolą na jeszcze dokładniejszy pomiar czasu, co m.in. przełoży się na jeszcze szybsze i bezpieczniejsze systemy komunikacji i nawigacji, ale też pomogą w testowaniu fundamentalnych teorii dotyczących budowy wszechświata.