50 YILLIK ÇALIŞMADA TARİHİ BAŞARI: DÜNYANIN İLK NÜKLEER SAATLERİ ÇALIŞTIRILDI

Avusturya'nın başkenti Viyana ve Çin'in başkenti Pekin'de birbirinden bağımsız çalışan iki araştırma ekibi, dünyanın ilk çalışan nükleer saatlerini geliştirdi. Nature dergisinde yayımlanan araştırmalara göre atom çekirdeğindeki enerji geçişlerini kullanarak zamanı ölçen bu sistemler, gelecekte dünyanın en hassas atomik saatlerinden daha yüksek doğruluk sağlayabilir. Yeni teknoloji, GPS sistemlerinden telekomünikasyona ve karanlık madde araştırmalarına kadar birçok alanda kullanılabilecek.

Günümüzde kullanılan en gelişmiş atomik saatler, milyarlarca yıl boyunca çalıştırıldıklarında bile bir saniyeden daha az zaman sapması yaşayabilecek hassasiyete sahip. Küresel konumlandırma sistemleri, internet altyapısı, mobil iletişim ve hassas ölçüm teknolojileri bu saatlerin sağladığı zaman senkronizasyonundan yararlanıyor. Fizikçiler ise uzun yıllardır atomik saatlerin hassasiyetini aşabilecek yeni bir yöntem üzerinde çalışıyor. Viyana ve Pekin'deki araştırmacıların geliştirdiği nükleer saatler, bu çalışmaların ilk çalışan örnekleri oldu.

DÜNYANIN İLK ÇALIŞAN NÜKLEER SAATLERİ GELİŞTİRİLDİ

Avusturya ve Çin'deki araştırma ekipleri, yaklaşık yarım asırdır teorik ve deneysel çalışmaların konusu olan nükleer saatleri çalışan cihazlara dönüştürdü. Birbirinden bağımsız yürütülen iki araştırma, hemen hemen aynı dönemde tamamlanarak bilim dünyasının önde gelen yayınlarından Nature dergisinde yayımlandı. Geliştirilen prototipler, atom çekirdeğindeki enerji seviyeleri arasındaki geçişleri kullanarak zaman ölçümü gerçekleştirebiliyor. Bununla birlikte yeni sistemler henüz geleneksel atomik saatlerden daha hassas değil. Araştırmacılar, teknolojinin geliştirilmesiyle nükleer saatlerin mevcut sistemlerin performansını aşabileceğini belirtiyor.

NÜKLEER SAATLER ATOMİK SAATLERDEN NASIL FARKLI ÇALIŞIYOR?

Geleneksel atomik saatler, atomların elektronlarının farklı enerji seviyeleri arasındaki geçişlerini temel alıyor. Sezyum ve stronsiyum gibi elementlerin kullanıldığı bu sistemlerde lazer veya mikrodalga yardımıyla elektronların enerji seviyeleri arasındaki geçişler izleniyor. Bu geçişlerin son derece kararlı olması, zamanın yüksek hassasiyetle ölçülmesini sağlıyor. Nükleer saatlerde ise benzer bir yöntem atomun çevresindeki elektronlara değil, doğrudan atom çekirdeğine uygulanıyor. Lazer ışığı kullanılarak çekirdeğin enerji seviyeleri arasındaki geçişler takip ediliyor ve bu geçişler zaman ölçümünde referans olarak kullanılıyor.

TORYUM-229 İZOTOPU VE ÖZEL KRİSTALLER KULLANILIYOR

Araştırmacılar, nükleer saatlerin geliştirilmesinde toryum-229 adı verilen özel bir toryum izotopundan yararlanıyor. Toryum-229 atomları, katı haldeki kalsiyum florür kristallerinin içerisine yerleştirilerek yüksek güçlü lazerlerle uyarılıyor. Böylece atom çekirdeğindeki enerji geçişleri ölçülebiliyor. Atom çekirdeğinin, elektronların bulunduğu atom kabuğuna kıyasla çok daha küçük olması ve çevresel etkilerden daha az etkilenmesi, nükleer saatlerin teorik olarak daha kararlı çalışabilmesine imkân tanıyor. Bilim insanları, bu özellik sayesinde gelecekte daha hassas zaman ölçümlerinin gerçekleştirilebileceğini ifade ediyor.

VİYANA VE PEKİN'DEKİ EKİPLER FARKLI YÖNTEMLER GELİŞTİRDİ

İki araştırma ekibinin geliştirdiği nükleer saatler farklı teknik özelliklere sahip. Viyana'daki bilim insanları, daha yüksek toryum yoğunluğu ve gelişmiş optik özellikler sunan kristaller kullanarak sistemin performansını artırmaya odaklandı. Pekin'deki araştırmacılar ise daha güçlü bir lazer sistemi geliştirdi. Araştırmacılar, her iki çalışmanın güçlü yönlerinin bir araya getirilmesiyle mevcut prototiplerden daha gelişmiş nükleer saatler üretilebileceğini belirtiyor. Teknolojinin ilerlemesiyle daha küçük boyutlu, çevresel koşullara karşı daha dayanıklı ve yüksek hassasiyetli cihazların geliştirilmesi hedefleniyor.

GPS VE TELEKOMÜNİKASYON SİSTEMLERİNDE KULLANILABİLİR

Nükleer saatlerin gelecekte atomik saatlerden daha yüksek hassasiyete ulaşması, zaman senkronizasyonuna ihtiyaç duyan birçok teknolojide yeni uygulamaların geliştirilmesini sağlayabilir. Uydu tabanlı navigasyon sistemlerinde konum belirleme doğruluğunun artırılması, internet ve telekomünikasyon ağlarında veri aktarımının daha hassas şekilde senkronize edilmesi, haritacılık ve bilimsel ölçüm sistemleri bu teknolojinin olası kullanım alanları arasında bulunuyor. Araştırmacılar, nükleer saatlerin daha küçük ve dayanıklı cihazlara dönüştürülmesinin de mümkün olabileceğini ifade ediyor.

NÜKLEER SAATLE KARANLIK MADDE ARAŞTIRMASI YAPILDI

Viyana'daki araştırma ekibi, geliştirdiği nükleer saati zaman ölçümünün dışında temel fizik araştırmalarında da kullandı. Bilim insanları, karanlık maddenin atomların davranışları üzerinde oluşturabileceği son derece küçük etkileri araştırmak amacıyla yeni cihazla bir deney gerçekleştirdi. Deneyde karanlık maddeye ilişkin bir bulguya ulaşılamadı. Ancak nükleer saatin bu tür hassas fizik deneylerinde en gelişmiş atomik saatlerle benzer seviyede performans gösterebildiği ortaya konuldu. Araştırma, nükleer saatlerin yalnızca zaman ölçümü için değil, evrenin temel fiziksel özelliklerini incelemek amacıyla da kullanılabileceğini gösterdi.