Atomklockor? Det var igår.
Okay, jag erkänner: jag har i flera år varit helt fascinerad av atomklockor. De är redan otroliga — de bästa skulle inte tappa eller vinna en enda sekund på 30 miljarder år. Det är längre än universums ålder! Men här är grejen som fick mig helt exalterad denna vecka: forskare har precis åstadkommit något som får atomklockor att framstå som solur.
Två oberoende forskarlag — ett från TU Wien i Österrike i samarbete med NIST och JILA, och ett annat från Kina — har lyckats bygga fungerande nukleära klockor. Och dessa är inte bara prototyper som tekniskt sett "tickar" men inte håller tiden. Nej, dessa är på riktigt.
Varför kärnor istället för elektroner?
Låt mig förklara på ett sätt som faktiskt fungerar. Vanliga atomklockor mäter hur elektroner i atomer hoppar mellan energitillstånd. Tänk dig att räkna studsarna på en superduper liten boll. Men elektroner är lite... opålitliga. De blir lätt störda av elektromagnetiska fält, temperaturändringar, du namnet det.
Nukleära klockor använder istället kärnan hos en torium-229-atom. Kärnan är den täta kärnan, skyddad från yttre störningar. Det är som skillnaden mellan att försöka tajma ett lopp medan du står i en storm kontra att göra det i ett förseglat, temperaturkontrollerat rum. Mindre störningar betyder högre precision.
Torium-229-hemligheten
Här kommer den fascinerande delen som det tog forskare över 20 år att knäcka: de flesta atomkärnor behöver en galen mängd energi för att växla mellan tillstånd — mer än någon laser kan leverera. Men torium-229 är speciellt. Den har två kärntillstånd som nästan har samma energi, vilket gör det möjligt att locka den att växla med exakt rätt laserfrekvens.
Lagen löste det knepiga problemet med att hålla lasern stabil genom att implementera en återkopplingsslinga som hela tiden justerar och korrigerar laserns frekvens. Det är som att ha en liten robot som ständigt kontrollerar och finjusterar din klockas pendel. Riktigt smart, eller hur?
Varför borde du bry dig?
Och här blir det riktigt spännande. Eftersom nukleära klockor påverkas mindre av yttre störningar, skulle de potentiellt kunna upptäcka otroligt små variationer i fundamentala fysikaliska konstanter — de tal som styr hur den starka kärnkraften fungerar.
Och varför spelar det roll? De variationerna kan orsakas av mörk materia-partiklar som interagerar med vanlig materia på sätt vi inte kunde upptäcka tidigare. Mörk materia, om du minns, utgör cirka 27% av universum men vi har aldrig observerat den direkt. Nukleära klockor kan vara vår bästa chans att äntligen fånga den.
Forskarna förväntar sig att dessa nukleära klockor kommer överträffa de bästa atomklockorna inom bara 2-3 år. En av dem, Thorsten Schumm från TU Wien, gjorde en jämförelse jag älskar: "De första bilarna var inte snabbare än hästvagnar. Det handlade om att introducera ett nytt koncept."
Exakt vad vi har här. Ett nytt koncept som kan revolutionera hur vi mäter tid, utforska verklighetens grundläggande natur, och kanske — bara kanske — hjälpa oss att äntligen förstå vad universum faktiskt består av.
Hur coolt är inte det?