Mi is az a nukleáris óra?
A jelenleg használt legpontosabb időmérők, az optikai atomórák, az atomokban található elektronok energiaszint-váltásain alapulnak. Ezek az órák elképesztő pontosságot nyújtanak: körülbelül 30 milliárd év alatt mindössze egyetlen másodpercet veszítenének. A nukleáris óra viszont az atommagban végbemenő energiaszint-váltáson alapul, vagyis ott méri az időt, ahol a környezeti zavaró hatások, például az elektromos vagy a mágneses tér, szinte elhanyagolhatók. Így az eredmény jóval stabilabb és kevésbé érzékeny a külső behatásokra, akár ezerszer, sőt tízezerszer ellenállóbb is lehet a zajjal szemben, mint az eddigi technológiák.
A titokzatos tórium-229 kulcsszerepe
Az első működőképes nukleáris óra egy rendkívül ritka tórium-229 izotópra épül. Ennek a magja egyedülállóan alacsony energiájú gerjesztett állapottal rendelkezik, amely lézerrel manipulálható. Az áttörést az jelentette, hogy sikerült olyan folyamatos működésű lézereket fejleszteni, amelyek pontosan ezt az energiaszintet képesek gerjeszteni. Korábban perceket kellett várni a megfelelő válaszra, ez azonban már nem jelent problémát: az új lézerek azonnal visszajelzést adnak, ha a frekvencia elmozdul, és ezt elektronikusan korrigálni is lehet. Az eredmény magáért beszél: az első nukleáris óra 24 órán keresztül folyamatosan működött laboratóriumi körülmények között.
A tórium-magokat nem kell vákuumban vagy ultraalacsony hőmérsékleten tartani – elég, ha szilárd kristályban, szobahőmérsékleten helyezik el őket. Ez azt is jelentheti, hogy a jövőben akár kompakt, hordozható időmérők is készülhetnek, amelyek új lehetőségeket nyitnak navigációs rendszerekben, adatátvitelnél vagy szinkronizálásnál.
Új ablak a világegyetemre
A meglepetések sora itt nem áll meg, hiszen a magóra nemcsak az időt mérheti forradalmi módon, hanem a segítségével az anyag szerkezetét és az univerzum alapvető törvényeit is vizsgálni lehet. Amíg a hagyományos atomórák elsősorban az elektromágneses kölcsönhatásokat vizsgálják, addig a nukleáris óra érzékeny a gyenge és erős magfizikai kölcsönhatásokra is. Emiatt alkalmas lehet új, eddig ismeretlen fizikai jelenségek vagy akár egy eddig nem talált ötödik kölcsönhatás kimutatására is. A tórium-229 különlegessége abban áll, hogy energiaszintjeinek különbsége a magban lezajló elektromágneses és magfizikai erők finom egyensúlyából adódik: egy esetleges változás vagy a sötét anyag jelenléte felerősödhet a mérésben, és azonnal érzékelhetővé válhat.
Az első működő kísérleti nukleáris órák már most is képesek szűkíteni bizonyos sötétanyag-modellek érvényességi tartományát, és ahogy a technológia fejlődik, a jövőben még finomabb mérések is lehetségesek lesznek. Bár az első magóra még messze van attól, hogy felvegye a versenyt a jelenlegi optikai atomórákkal, az út, amelyen a kutatók elindultak, rengeteg új tudományos eredménnyel kecsegtet.
