Selvä, tunnustuksen aika: olen aina ollut hieman ajan nörtti. Jokin on loputtoman kiehtovaa siinä, miten mittaamme jotakin, mitä emme voi koskaan oikeasti nähdä tai koskettaa. Mutta edes minä en ollut valmistautunut siihen, mitä tämä Wienissä toimiva tiimi on saavuttanut.
Mitä he tarkalleen ottaen rakensivat?
Vuosikymmenten ajan tutkijat ovat tavoitelleet niin kutsuttua "ydinkelloa" – enkä puhu niistä radioaktiivisista hälytyskelloista, joita saattaa olla koulun käytävällä. Tämä on jotain aivan muuta.
TU Wienissä toimivaa professori Thorsten Schummia johtanut tiimi on luonnut maailman ensimmäisen itsestään vakaantuvan ydinkellon. Se tarkoittaa, että toisin kuin aiemmat prototyypit, jotka vaativat jatkuvaa valvontaa, tämä kello voi toimia itsenään yli 24 tuntia ilman ihmisen väliintuloa. Anna sen vain tikittää omassa rauhassaan ja pitää täydellistä aikaa.
Taianomainen ainesosa: Torium
Tässä kohtaa asiat muuttuvat todella mielenkiintoisiksi. Salainen ainesosa on torium – hieman tuntematon alkuaine, josta useimmat ihmiset eivät ole koskaan kuulleetkaan. Mutta toriumilla on jotain poikkeuksellista: sen atomiytimellä on kaksi energiatilaa, joiden välissä on epätavallisen pieni ero.
Ajattele tätä näin: normaalisti, jos haluat muuttaa atomiytimen energiatilaa, tarvitset valtavan määrän energiaa – kuin yrittäisit työntää kiveä valtavan kukkulan ylös. Mutta torium on erityinen, koska tuo kukkula on tuskin edes hidaste. Tutkijat voivat todellisuudessa virittää toriumin ytimiä pelkällä lasersäteellä.
Tämä on suuri uutinen, koska se tarkoittaa, että voimme hallita ydintä suoraan valolla, mikä avaa uskomattomia mahdollisuuksia tarkkuusmittauksille.
Miksi tämä on parempi kuin atomikellot?
Loistava kysymys! Asia on tämä: atomikellot, joita käytämme juuri nyt (ne, jotka ohjaavat GPS-järjestelmiä ja internetin ajoitusta), ovat jo uskomattoman tarkkoja. Niin tarkkoja, että se on melkein häpeällistä. Mutta ydinkellot vievät asiat aivan uudelle tasolle.
Keskeinen ero on koossa. Atomiytimet ovat yli 10 000 kertaa pienempiä kuin atomit, joiden sisällä ne elävät. Koska ne ovat niin pieniä, ulkoiset häiriöt – kuten lämpötilan vaihtelut tai sähkömagneettiset kentät – vaikuttavat niihin paljon vähemmän. Se on kuin ero siinä, yritätkö mitata jalkapallokentän pituuden viivaimella, joka tärisee jatkuvasti, vai sellaisella, joka pysyy täysin paikallaan.
Professori Schumm sanoi sen yksinkertaisesti: jos käytetään atomiytimiä kokonaisten atomien sijaan, tarkkuus voi periaatteessa olla paljon korkeampi.
Miten se todellisuudessa toimii?
Selitetäänpä tämä selkokielellä. Tutkijat loivat erityisen kristallin, joka on täynnä toriumatomeja. Lasersäde loistaa kristallin läpi, ja sen sisällä olevat toriumin ytimet reagoivat absorboimalla valoa – mutta vain silloin, kun laserilla on täsmälleen oikea taajuus.
Tässä on se nerokas osa: jos laser alkaa poiketa tuosta tarkasta taajuudesta (esimerkiksi lämpötilan vaihteluiden vuoksi), toriumin ytimet absorboivat vähemmän valoa. Järjestelmä havaitsee tämän muutoksen välittömästi ja säätää laserin automaattisesti takaisin oikealle taajuudelle. Se on kuin pieni, hyperherkkä vartija, joka pitää kaiken täydellisessä synkronissa.
Tämä itsestään vakaantuva mekanismi on juuri sitä, mistä tutkijat ovat unelmoineet vuosia. Ulkoista atomikelloa ei tarvita pitämään sitä linjassa. Toriumin ytimet tekevät kaiken työn itse.
Miksi tavallisten ihmisten pitäisi välittää?
Kuulen teidät – tämä kuulostaa asialta, josta vain valkotakkiin pukeutuneet fyysikot innostuvat. Mutta tässä on syy, miksi tämä on tärkeää kaikille:
Tarkka ajanmittaus koskettaa lähes jokaista nykyelämän osa-aluetta. GPS-navigointisi luottaa atomikelloihin paikantaakseen sijaintisi muutaman metrin tarkkuudella. Rahoitustapahtumat luottavat tarkkaan ajoitukseen estääkseen huijauksia. Tietoliikenneverkot tarvitsevat synkronoidut kellot toimiakseen oikein.
Kun nämä ydinkellot kehittyvät, ne voivat johtaa vielä tarkempiin GPS-järjestelmiin, turvallisempaan viestintään ja uusiin tieteellisiin löydöksiin, joita emme osaa edes kuvitella. Lisäksi ihmiskunnan kyvyssä työntää mahdollisuuksien rajoja on jotain syvästi tyydyttävää. Rakensimme kellon, joka poikkeaisi vain yhden sekunnin 30 miljoonassa vuodessa. Se ei ole vain vaikuttavaa – se on nöyräksi tekevä saavutus.
Tiivistettynä
Tämä ei ole tieteisfiktiota tai jotain kaukaisen tulevaisuuden teknologiaa. Ensimmäinen itsestään vakaantuva ydinkello on olemassa juuri nyt, toimimassa laboratoriossa Wienissä. Se on todellinen virstanpylväs, jota insinöörit ja fyysikot ovat tavoitelleet vuosikymmeniä.
Tarvitsetko uutta rannekelloa? Aivan ei. Mutta jossain siellä, pieni toriumatomeja täynnä oleva kristalli tikittää niin täydellisesti, että se saattaa auttaa meitä ymmärtämään maailmankaikkeutta hieman paremmin.
Ja rehellisesti sanottuna? Minusta se tuntuu aika upealta.