Για περισσότερες από δύο δεκαετίες, οι επιστήμονες κυνηγούσαν μια ιδέα που έμοιαζε βγαλμένη από επιστημονική φαντασία: ένα ρολόι που δεν θα μετρά τον χρόνο από τις κινήσεις των ηλεκτρονίων, αλλά από τις ίδιες τις δονήσεις του πυρήνα ενός ατόμου. Το όραμα αυτό έγινε πλέον πραγματικότητα, καθώς ερευνητικές ομάδες παρουσίασαν το πρώτο λειτουργικό πυρηνικό ρολόι, μια τεχνολογία που μπορεί στο μέλλον να ξεπεράσει τα πιο ακριβή ρολόγια που έχει κατασκευάσει ποτέ ο άνθρωπος.
Τα σημερινά κορυφαία ατομικά ρολόγια λειτουργούν παρατηρώντας τις μεταβάσεις των ηλεκτρονίων γύρω από τον πυρήνα. Τα ηλεκτρόνια μπορούν να αλλάξουν ενεργειακή κατάσταση μόνο όταν δεχθούν φως με μια συγκεκριμένη συχνότητα. Επειδή η συχνότητα του φωτός συνδέεται άμεσα με τον αριθμό των ταλαντώσεων μέσα στον χρόνο, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν αυτές τις ταλαντώσεις σαν ένα υπερ-ακριβές «εκκρεμές». Χάρη σε αυτή την τεχνολογία, τα καλύτερα ρολόγια μπορούν να χάσουν μόλις ελάχιστα δευτερόλεπτα μέσα σε δισεκατομμύρια χρόνια.
Το νέο πυρηνικό ρολόι όμως λειτουργεί διαφορετικά. Αντί να κοιτάζει τα ηλεκτρόνια, χρησιμοποιεί τον ίδιο τον πυρήνα του ατόμου, ο οποίος είναι πολύ πιο προστατευμένος από εξωτερικές ηλεκτρομαγνητικές διαταραχές. Αυτό θεωρητικά επιτρέπει πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια και σταθερότητα.
Το «κλειδί» της ανακάλυψης ήταν το θόριο-229, ένα σπάνιο ισότοπο που έχει μια μοναδική ιδιότητα: ο πυρήνας του μπορεί να διεγερθεί με σχετικά χαμηλή ενέργεια, αρκετή ώστε να μπορεί να ελεγχθεί με ειδικά λέιζερ. Για χρόνια αυτό θεωρούνταν το ιδανικό υλικό για ένα πυρηνικό ρολόι, αλλά έλειπε η τεχνολογία που θα επέτρεπε τον ακριβή χειρισμό του.
Οι ερευνητές τοποθέτησαν άτομα θορίου μέσα σε έναν κρύσταλλο φθοριούχου ασβεστίου και χρησιμοποίησαν υπεριώδες λέιζερ για να προκαλέσουν την απαραίτητη αλλαγή στον πυρήνα. Η διαδικασία λειτουργεί σαν ένας νέος τύπος «χτύπου» ρολογιού, όπου κάθε ταλάντωση του πυρηνικού συστήματος αντιστοιχεί σε ένα εξαιρετικά σταθερό χρονικό διάστημα.
«Είναι ένα αποτέλεσμα που χρειάστηκε δεκαετίες δουλειάς», ανέφεραν οι επιστήμονες που συμμετείχαν στην έρευνα. Το επίτευγμα θεωρείται σημαντικό επειδή δεν πρόκειται απλώς για μια καλύτερη συσκευή μέτρησης χρόνου, αλλά για ένα νέο εργαλείο εξερεύνησης της φύσης.
Το πρώτο πρωτότυπο δεν έχει ακόμη ξεπεράσει τα καλύτερα ατομικά ρολόγια σε ακρίβεια. Ωστόσο, απέδειξε ότι η βασική ιδέα λειτουργεί. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι με βελτιώσεις στα λέιζερ και στα ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου, η τεχνολογία μπορεί να βελτιωθεί δραματικά.
Η σημασία του νέου ρολογιού δεν περιορίζεται μόνο στην ακριβή μέτρηση του χρόνου. Ένα τέτοιο όργανο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για δοκιμές της θεωρίας της σχετικότητας, για πιο ακριβή συστήματα δορυφορικής πλοήγησης και για πειράματα που αναζητούν άγνωστες μορφές ύλης ή νέες θεμελιώδεις δυνάμεις στο Σύμπαν.
Ιδιαίτερο ενδιαφέρον υπάρχει για την αναζήτηση της σκοτεινής ύλης. Αν αυτή η μυστηριώδης ουσία, που πιστεύεται ότι αποτελεί μεγάλο μέρος του Σύμπαντος, αλληλεπιδρά με την ύλη με κάποιον άγνωστο τρόπο, ένα πυρηνικό ρολόι μπορεί να εντοπίσει ανεπαίσθητες αλλαγές στη συμπεριφορά του θορίου.
Από τα ηλιακά ρολόγια των αρχαίων πολιτισμών μέχρι τα ατομικά ρολόγια της σύγχρονης εποχής, η ανθρωπότητα πάντα προσπαθούσε να μετρήσει τον χρόνο με μεγαλύτερη ακρίβεια. Τώρα το επόμενο βήμα ίσως βρίσκεται μέσα στον ίδιο τον πυρήνα της ύλης.
Ένα μικρό κομμάτι θορίου μπορεί να γίνει το πιο ακριβές «ρολόι» που κατασκεύασε ποτέ ο άνθρωπος και ταυτόχρονα ένα παράθυρο προς τα βαθύτερα μυστικά του Σύμπαντος.
Με πληροφορίες από Newscientist / Livescience / Nist / Sfb-combat / Eurekalert / Sciencealert / Arxiv
