Atomové hodiny? To je už včerejší technologie. Teď přicházejí jaderné
Přiznám se rovnou – atomové hodiny mě fascinují už roky. Jsou to úžasné stroje. Ty nejlepší by neztratily ani sekundu za 30 miliard let. To je déle, než existuje celý vesmír! Ale letos jsem narazil na něco, co je dělá vypadat jako... no, jako sluneční hodiny.
Dva nezávislé týmy – jeden z Vídeňské techniky spolu s NIST a JILA, druhý z Číny – dotáhli do perfection metodu, jak postavit funkční jaderné hodiny. Nejde o žádné prototypy, které sice tikají, ale vlastně nic neumí. Tohle je skutečná věc.
Proč jsou jádra lepší než elektrony?
Vysvětlím to jednoduše. Běžné atomové hodiny měří, jak elektrony v atomech přeskakují mezi energetickými stavy. Představ si to jako počítání skoků miniaturního míčku. Problém je, že elektrony jsou dost... nestálé. Snadno je rozptýlí elektromagnetická pole, změny teploty, prostě cokoliv.
Jaderné hodiny ale využívají jádro atomu thoria-229. Jádro je ten hustý střed, který je chráněný před vnějšími vlivy. Je to jako rozdíl mezi měřením času v autě při hurikánu a v místnosti s kontrolovanou teplotou. Méně rušení znamená vyšší přesnost.
Ten správný thor
Tady přichází ta zajímavá část, na kterou vědci přišli po dvaceti letech. Většina atomových jader potřebuje k přepnutí mezi stavy obrovské množství energie – víc, než dokáže dodat jakýkoliv laser. Ale thorium-229 je výjimečné. Jeho dvě jaderné stavy mají skoro stejnou energii, takže se dá přepnout správným laserem.
Týmy vyřešily ošemetný problém stability laseru pomocí zpětnovazebné smyčky, která neustále upravuje a koriguje jeho frekvenci. Jako kdyby malý robot neustále kontroloval a doladěl kyvadlo tvých hodin. Chytré, co?
Proč by vás to mělo zajímat?
Tady to začíná být opravdu vzrušující. Protože jaderné hodiny jsou méně závislé na vnějších vlivech, mohly by detekovat nepatrné změny fundamentálních fyzikálních konstant – čísel, která určují, jak funguje silná jaderná síla.
A proč je to důležité? Tyto změny by mohly být způsobeny temnou hmotou, která interaguje s normální hmotou způsoby, které jsme dřív nemohli zachytit. Temná hmota tvoří asi 27 % vesmíru, ale nikdy jsme ji přímo nepozorovali. Jaderné hodiny možná budou naším nejlepším nástrojem, jak ji konečně odhalit.
Vědci očekávají, že jaderné hodiny předstihnou ty nejlepší atomové hodiny za dva až tři roky. Thorsten Schumm z Vídeňské techniky použil srovnání, которое mi přijde skvělé: „První automobily nebyly rychlejší než kočáry. Šlo o zavedení úplně nového konceptu."
Přesně to máme před sebou. Nový koncept, který může revoluce změřit čas, prozkoumat základní podstatu reality a možná – jen možná – nám pomoct konečně pochopit, z čeho je vesmír doopravdy složený.
Není tohle cool?