Klokker som kan tikke i 30 milliarder år — og noe som er enda bedre

La meg innrømme noe med en gang: jeg har vært skikkelig fascinert av atomklokker i flere år. De er helt utrolige — de beste ville ikke tape eller vinne et eneste sekund på 30 milliarder år. Det er lenger enn universet har eksistert! Men her er nyheten som fikk meg skikkelig gira denne uken: forskere har rett og slett gjort atomklokker gamle nyheter.

To uavhengige forskergrupper — én fra TU Wien i Østerrike i samarbeid med NIST og JILA, og én fra Kina — har klart å bygge faktisk fungerende atomkjernereaktorer. Og dette er ikke bare prototyper som teknisk sett "tikker" uten å holde orden på tida. Dette er skikkelige klokker.

Hvorfor er atomkjerner bedre enn elektroner?

La meg forklare det på en måte som faktisk gir mening. Vanlige atomklokker måler hvordan elektroner i atomer hopper mellom energitilstander. Tenk på det som å telle hoppene til en supers liten ball. Men elektroner er litt... ustabile. De blir lett forstyrret av elektromagnetiske felt, temperaturendringer, du navngir det.

Atomkjernereaktorer derimot bruker kjernen til et thorium-229-atom. Kjernen er den tette kjernen, beskyttet mot ytre påvirkning. Det er som forskjellen på å prøve å ta tid på et løp mens du står i en storm versus å gjøre det i et forseglet rom med kontrollert temperatur. Mindre forstyrrelser betyr høyere presisjon.

Thorium-229-hemmeligheten

Her kommer den fascinerende delen som tok forskerne over 20 år å knekke: de fleste atomkjerner trenger absurd mye energi for å bytte mellom tilstander — mer enn noen laser kan gi. Men thorium-229 er spesielt. Det har to kjerne­tilstander som er nesten like i energi, noe som gjør det mulig å lokke det til å bytte med bare den riktige laserfrekvensen.

Forskerne løste det vriene problemet med å holde laseren stabil ved å sette opp en tilbakekoblingssløyfe som konstant justerer og korrigerer laserens frekvens. Det er som å ha en liten robot som stadig sjekker og finjusterer klokkens pendel. Ganske fiffig, ikke sant?

Hvorfor bør du bry deg?

Og her blir det virkelig spennende. Fordi atomkjernereaktorer påvirkes mindre av ytre forstyrrelser, kan de potensielt oppdage utrolig små variasjoner i fundamentale fysiske konstanter — tallene som styrer hvordan den sterke kjernekraften virker.

Og hvorfor er det viktig? Disse variasjonene kan skyldes mørk materie-partikler som samhandler med vanlig materie på måter vi ikke har kunnet oppdage før. Mørk materie, hvis du husker, utgjør omtrent 27% av universet, men vi har aldri observert den direkte. Atomkjernereaktorer kan være vårt beste håp for endelig å få øye på den.

Forskerne forventer at disse atomkjernereaktorene vil overgå de beste atomklokkene på bare 2-3 år. En av dem, Thorsten Schumm fra TU Wien, kom med en sammenligning jeg liker godt: "De første bilene var ikke raskere enn hestevogner. Det handlet om å introdusere et nytt konsept."

Det er akkurat det vi har her. Et nytt konsept som kan revolusjonere hvordan vi måler tid, utforske virkelighetens grunnleggende natur, og kanskje — bare kanskje — hjelpe oss med endelig å forstå hva universet egentlig er laget av.

Hvor kult er ikke det?