Okei, täytyy myöntää: olen rellestänyt atomikellojen ympärillä vuosia. Nämä vehkeet ovat jo itsessään uskomattomia — parhaat niistä eivät menetä tai saa sekuntia edes 30 miljardissa vuodessa. Se on pidempi aika kuin maailmankaikkeuden ikä! Mutta tässä on juttu, joka sai minut tällä viikolla todella innoissani: tutkijat ovat juuri onnistuneet teossa, joka saa atomikellot näyttämään auringonkelloilta.
Kaksi riippumatonta tutkimusryhmää — toinen Wienin teknillisestä yliopistosta yhteistyössä NIST:n ja JILA:n kanssa, toinen Kiinasta — on viimeistellyt menetelmän toimivien ydinkellojen rakentamiseksi. Eivätkä nämä ole vain prototyyppejä, jotka "tikittävät" teknisesti mutta eivät pidä aikaa. Nämä ovat oikeaa tavaraa.
Miksi ytimet elektroneja paremmin?
Selitän tämän niin, että se oikeasti aukeaa. Perinteiset atomikellot toimivat mittaamalla, miten atomin elektronit hyppivät energiatasojen välillä. Ajattele sitä niin, että lasket superpienen pallon pompun. Mutta elektronit ovat vähän... oikukisia. Ne häiriintyvät helposti sähkömagneettisista kentistä, lämpötilan muutoksista, kaikesta.
Ydinkellot sen sijaan käyttävät torium-229-atomin ydintä. Ydin on tiheä keskusta, suojassa ulkoisilta häiriöiltä. Se on kuin ero tuulimyrskyssä ajanoton kanssa seisomisen ja suljetussa, lämpötilasäännöstellyssä huoneessa ajanoton välillä. Vähemmän häiriöitä tarkoittaa enemmän tarkkuutta.
Torium-229:n salaisuus
Tässä on se kiehtova osuus, jonka selvittämiseen tutkijoilta meni yli 20 vuotta: useimpien atomien ytimet tarvitsevat naurettavan määrän energiaa vaihtaakseen tilaa — enemmän kuin mihin mikään laser pystyy. Mutta torium-229 on erityinen. Sen kahdella ydintilalla on lähes sama energia, mikä tekee mahdolliseksi houkutella se vaihtamaan tilaa juuri oikealla lasertaajuudella.
Ryhmät ratkaisivat hankalan ongelman laservakautta pitämisessä toteuttamalla takaisinkytkennän, joka jatkuvasti säätää ja korjaa laser's taajuutta. Se on kuin pieni robotti tarkistaisi ja hienosäätäisi kellosi heiluria koko ajan. Melko näppärää, eikö?
Miksi sinun pitäisi oikeasti välittää?
Nyt päästään siihen todella jännittävään osaan. Koska ydinkellot ovat vähemmän alttiita ulkoisille häiriöille, ne voisivat mahdollisesti havaita uskomattoman pieniä muutoksia perusfysiikan vakioissa — niissä luvuissa, jotka määräävät, miten vahva ydinvoima toimii.
Ja miksi sillä on väliä? Nämä muutokset saattavat johtua pimeän aineen hiukkasista, jotka vuorovaikuttavat normaalin aineen kanssa tavoilla, joita emme aiemmin pystyneet havaitsemaan. Pimeä aine, jos muistat, muodostaa noin 27 prosenttia maailmankaikkeudesta, mutta emme ole koskaan havainneet sitä suoraan. Ydinkellot saattavat olla parhaat mahdollisuutemme viimein saada se kiinni.
Tutkijat odottavat näiden ydinkellojen ohittavan parhaat atomikellot vain 2-3 vuodessa. Eräs heistä, Thorsten Schumm Wienin teknillisestä yliopistosta, teki vertailun, josta pidän: "Ensimmäiset autot eivät olleet nopeampia kuin kärryt. Kyse oli uuden konseptin esiin tuomisesta."
Juuri sitä meillä on tässä. Uusi konsepti, joka voi mullistaa tavan mitata aikaa, tutkia todellisuuden perusluonnetta ja ehkä — vain ehkä — auttaa meitä viimein ymmärtämään, mistä maailmankaikkeus oikeasti koostuu.
Kuinka siistä tämä on?