عنصر توریم؛ راه حلی جدید برای رسیدن به دقیق‌ترین ساعت اتمی جهان
به گزارش گروه فضای مجازی ، آزمایش‌های صورت‌گرفته روی فلز توریم تحول شگرفی به‌وجود آورده است. می‌توان از توریم برای کلاس جدیدی از ساعت‌های اتمی استفاده کرد و روش جدیدی از حفظ زمان به‌طور دقیق‌تر را به کار گرفت.
در حال حاضر ساعت‌های بادقت بالایی که ما برای هماهنگ کردن ماهواره‌های موقعیت جهانی از آنها استفاده می‌کنیم به یک الکترون با مقدار انرژی مناسب برای جهش در مدار و برگشت آن وابسته هستند.
این جهش بسیار کوچک، مقدار بسیار دقیقی زمان می‌برد و می‌توان از این زمان به‌عنوان یک پاندول ریز استفاده کرد؛ بنابراین احتمال اینکه اکثر ساعت‌های اتمی مدرن در هر دویست میلیون سال یا بیشتر، یک ثانیه تأخیر داشته باشند وجود دارد.
تلاش‌های فعلی صورت‌گرفته توسط گروه‌هایی مثل موسسه‌ی ملی استانداردها و فناوری آمریکا سعی در افزایش میزان دقت ساعت‌ها با روش‌هایی مثل خنک کردن و افزایش چگالی ذره دارند، ولی الکترون‌ها بازهم می‌توانند به‌راحتی و در هرلحظه تکان ریزی بخورند.
فیزیکدانان موسسه مترولوژی ملی PTB آلمان ۱۵ سال پیش شروع به بررسی راه‌هایی برای اندازه‌گیری زمان کردند. آنها از حالت گذار داخل یک هسته‌ی اتمی به‌عنوان راهی برای اندازه‌گیری زمان استفاده کردند.
چگالی ذرات داخل هسته (مثلا چگالی ذرات داخل هسته اتم توریم) مشخص می‌کند که احتمال مختل شدن وضعیت داخل آن تا چه اندازه است. بنابراین چگالی ازنظر تئوری باعث بالا رفتن میزان اعتمادبه ضربان ساعت می‌شود.
تنها مشکل این کار، انرژی زیاد لازم برای برانگیخته کردن حالت هسته به حالت تیک‌تیک کردن است. بنابراین برای ایجاد و شروع حالت تیک‌تیک کردن به اشعه‌های ایکس یا گاما نیاز است.
هسته‌ی توریم ۲۲۹ با قرار گرفتن در معرض نور فرابنفش، توانایی تشکیل یک ایزومر در حالتی موقتا پایدار (به این حالت شبه‌پایدار گفته می‌شود) را به‌دست می‌آورد. بنابراین هسته‌ی توریم ۲۲۹ بهترین گزینه‌ی کنونی برای ساعت اتمی نوری براساس هسته‌ی اتمی است.
البته تبدیل تئوری به فناوری علمی کاری بسیار سخت است، چراکه به طیف طول موج‌های ظریفی برای این کار نیاز است. اکهارد پیک فیزیکدان می‌گوید:
رزونانس حالت گذار مناسب برای ساعت، بسیار دقیق است و تنها درصورتی که پرتوی لیزر دقیقا با تفاوت انرژی هر دو حالت تطابق داشته باشد، قابل مشاهده خواهد بود. درواقع مسئله مانند پیدا کردن سوزن در انبار کاه است.
پیک و همکارانش برای حل مشکل و پیدا کردن سوزن باید درخصوص انبار کاه اطلاعاتی داشته باشند.
گروه پژوهشی با کار کردن با پژوهشگرانی از دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان مونیخ، حالت‌های شبه‌پایدار ایزومر توریم ۲۲۹ را در یک حالت برانگیخته به‌دست‌آمده از اورانیوم تحلیل کردند.
گروه پژوهشی با استفاده از لیزر به اتم‌های به‌دام‌افتاده گرما داد و طیف نور به‌وجود‌آمده توسط الکترون‌های درحال حرکت را مورد مطالعه قرار داد. تیم با چنین کارهایی توانست توزیع بار میان هسته را بررسی کند.
نتیجه‌ی نهایی، تصویر بهتری از هسته را به‌وجود آورد که با کمک آن می‌توان دامنه‌ی فرکانس مورد نیاز برای حرکت دادن هسته اتم از حالت پایه به حالت برانگیخته را کاهش داد و آن را مانند ساعت به تیک‌تاک کردن درآورد.
البته میزان دقت ساعت هسته‌ای توریومی مشخص نیست، ولی مسلما چنین پیشرفتی راه جدیدی را برای اندازه‌گیری ثانیه‌ها به روی ما گشود.
بهبود دقت چنین ساعت‌هایی نقش مهمی در جستجوی ما برای یافتن هویت عجیب ماده تاریک بازی می‌کند، چراکه یافتن هویت آن تا حد زیادی به جرم و زمان بستگی دارد. یافتن هویت ماده‌ی تاریک، معمای بسیار جذابی است.
منبع: زومیت