Βιέννη – Το πρώτο λειτουργικό πυρηνικό ρολόι στον κόσμο κατασκευάστηκε με επιτυχία στο Ινστιτούτο Ατομικής Φυσικής του Πολυτεχνείου της Βιέννης (TU Wien).
Η επιστημονική ομάδα κατάφερε να αποδείξει τη συνεχή λειτουργία ενός συμπαγούς συστήματος που βασίζεται σε πυρήνες θορίου-229, ανοίγοντας τον δρόμο για επαναστατικές εφαρμογές, από τα υπερσύγχρονα συστήματα πλοήγησης έως την έρευνα για τη σκοτεινή ύλη.
Τα σημαντικότερα με μια ματιά
- Η νέα τεχνολογία χρησιμοποιεί τον ίδιο τον ατομικό πυρήνα ως χρονομετρητή, αντί για τις μεταβάσεις των ηλεκτρονίων.
- Το σύστημα δοκιμάστηκε επιτυχώς, παρουσιάζοντας απόκλιση μόλις ενός δευτερολέπτου ανά 30 εκατομμύρια χρόνια.
- Το αυστριακό επίτευγμα δημοσιεύτηκε στο περιοδικό «Nature», αφήνοντας οριακά πίσω ερευνητικές ομάδες από τις ΗΠΑ και την Κίνα.
Σε αντίθεση με τα παραδοσιακά ατομικά ρολόγια, τα οποία αξιοποιούν τις ενεργειακές μεταβάσεις των ηλεκτρονίων ως χρονομετρητή, η νέα συσκευή εστιάζει απευθείας στον πυρήνα του ατόμου. Οι ερευνητές της Βιέννης, με επικεφαλής τον Τόρστεν Σουμ, στοχεύουν με ένα λέιζερ απόλυτα ακριβούς συχνότητας έναν κρύσταλλο θορίου, μεταβάλλοντας την ενεργειακή κατάσταση των πυρήνων.
Πώς λειτουργεί το πυρηνικό ρολόι με θόριο-229
Το σήμα που παράγεται από τη διέγερση του κρυστάλλου ελέγχεται συνεχώς. Αν η συντονισμένη συχνότητα παρουσιάσει έστω και την παραμικρή μεταβολή, ένας αλγόριθμος αναπροσαρμόζει αυτόματα τη συχνότητα του λέιζερ, επιτρέποντας στο σύστημα να σταθεροποιείται από μόνο του. Σύμφωνα με τον Σουμ, η αναζήτηση για την ακριβή συχνότητα που απαιτείται για τη διέγερση των πυρήνων θορίου-229 ξεκίνησε πριν από 15 χρόνια. Ένα καθοριστικό βήμα έγινε στο CERN της Γενεύης, ενώ η τελική επιβεβαίωση της συχνότητας επιτεύχθηκε σε συνεργασία με ερευνητές από το Μπράουνσβαϊγκ της Γερμανίας, οδηγώντας στις πρώτες επιτυχημένες δοκιμές στα τέλη του 2023.
Ο διεθνής ανταγωνισμός και η μελλοντική ακρίβεια
Παρότι η συσκευή της Βιέννης λειτουργεί στο ακέραιο, δεν έχει φτάσει ακόμη την ακρίβεια των κορυφαίων συμβατικών ατομικών ρολογιών. Σε δοκιμή 24 ωρών που έγινε σε αντιπαραβολή με ένα ατομικό ρολόι ιόντων υττερβίου, το αυστριακό σύστημα παρουσίασε απόκλιση ενός δευτερολέπτου ανά 30 εκατομμύρια χρόνια. Συγκριτικά, το πιο ακριβές ατομικό ρολόι παγκοσμίως χάνει ένα δευτερόλεπτο κάθε 55 δισεκατομμύρια χρόνια.
Η αυστριακή ερευνητική ομάδα, ωστόσο, εστιάζει στις τεράστιες πρακτικές προοπτικές της νέας τεχνολογίας. Στο άμεσο μέλλον, τα πυρηνικά ρολόγια θα μπορούσαν να σμικρυνθούν στο μέγεθος ενός μικροτσίπ, αντικαθιστώντας τον ογκώδη και πολύπλοκο εξοπλισμό που απαιτούν σήμερα τα προηγμένα συστήματα πλοήγησης. Παράλληλα, προσφέρουν νέα εργαλεία για την έρευνα της βασικής φυσικής και τον εντοπισμό της σκοτεινής ύλης, ελέγχοντας κβαντικά συστήματα που μέχρι πρότινος παρέμεναν απροσπέλαστα.
Το επιστημονικό ορόσημο έχει ήδη πυροδοτήσει έναν έντονο διεθνή ανταγωνισμό, με τεράστια ερευνητικά προγράμματα να τρέχουν σε ΗΠΑ και Κίνα. Μάλιστα, στο ίδιο τεύχος του «Nature» δημοσιεύτηκε η περιγραφή ενός αντίστοιχου ρολογιού από κινεζική ομάδα, με τους ερευνητές της Βιέννης να προηγούνται οριακά. Για να διατηρήσει το προβάδισμά του τα επόμενα χρόνια, το TU Wien αναζητά πλέον πρόσθετους πόρους και προσωπικό, αφήνοντας ανοιχτό το ενδεχόμενο ίδρυσης μιας νέας εταιρείας spin-off.
