Atomové hodiny jsou aktuálně považovány za vrchol přesnosti měření času. Ačkoliv je přitom jejich odchylka prakticky minimální, pracují vědci na jejich neustálém zdokonalování. Právě tomu by nyní podle nejnovější studie zveřejněné v časopise Nature mohl dopomoci izotop thoria s nukleovým číslem 229.
Klíčem je foton
Jádro 229Th by se díky svým jedinečným vlastnostem mohlo stát novým časoměřičem. Během jeho rozpadu se totiž uvolňuje právě jeden foton, tedy částice světla, která by mohla být novou měrnou jednotkou času.Výsledné jaderné hodiny by se tak mohly stát novým nástupcem atomového času, který je dnes považován za etalon časomíry.
Atomové hodiny fungují na fyzikálních vlastnostech elektronů. Ty mohou existovat v různých energetických hladinách, a právě jejich přechod z jedné úrovně do druhé lze poměrně spolehlivě měřit. Pokud by však k měření času sloužily fotony, bylo by možné tuto technologii využít ke zpřesnění celé řady stávajících přístrojů, včetně GPS či satelitní sítě.V principu by pak docházelo k podobném fyzikálnímu jevu jako u atomových hodin, k energetickým skokům by však namísto elektronů docházelo přímo v jádře atomu thoria.
K objevu přispěli fyzici z CERNu
Izotop 229Th se podařilo vědcům připravit v laboratořích evropského CERNu nedaleko Ženevy. Zdrojem tohoto jádra byl jiný radioaktivní prvek, a sice aktinium s nukleovým číslem 229, které se rozpadá právě na vysokoenergetické 229Th. Tento izotop se doposud nepodařilo připravit či získat jiným způsobem.
Díky tomu, že se při rozkladu 229Th uvolní právě jeden foton, je poměrně snadné tento rozpad kvantifikovat. Energie vygenerovaná tímto dějem je přesně 8,338 elektronvoltu, což odpovídá teoretickým odhadům, nyní je však určena mnohem přesněji.Jde o naprosto unikátní experiment, který nebylo možné pozorovat na žádném jiném rozpadu izotopů.
Vědci se nyní snaží zapojit do procesu laserovou aktivaci rozpadu. Vytvoření jaderných hodin by pak mohlo poskytnout nový úhel pohledu na fyzikální jevy. Oproti atomovým hodinám, u nichž musí být atomy zavěšeny ve vakuové komoře, by navíc mohly být jaderné hodiny robustnější, a měření času by se tak mohlo výrazně zjednodušit. Výzkum je však teprve na začátku, a uvidí se, zda se domněnky podaří převést i do praxe.
Zdroje:
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05894-z
