نوری که یک ساعت هسته‌ای را به تیک‌تاک وامی‌دارد
ساعت‌های نوری مرجع‌های بسامدی دقیقی برای علم اندازه‌شناسی و آزمون‌های فیزیک بنیادی فراهم می‌کنند. هسته توریم-229 چیزی عجیب‌تر عرضه می‌کند: هسته‌اش یک حالت برانگیخته کم‌انرژی دارد، حدود 8.4 الکترون‌ولت بالاتر از حالت پایه، که لیزر می‌تواند به آن برسد. ساعتی بر پایه یک هسته به‌ویژه به تغییرات احتمالی ثابت‌های بنیادی طبیعت حساس خواهد بود. و اگر توریم درون بلوری شفاف نشانده شود، می‌تواند به یک ساعت هسته‌ای حالت جامد بدل شود.
مشکل رنگ است. این گذار به نوری با طول موج 148.4 نانومتر در فرابنفش خلأ نیاز دارد. کارهای اخیر نشان داده‌اند که چنین نوری می‌تواند هسته را برانگیزد و ساعت‌های هسته‌ای را به کار اندازد. اما برای خواندن یک جذب ضعیف، منبع باید ساعت‌ها جریانی پایدار از فوتون‌ها فراهم کند و رانش‌های شدت آن باید پالایش شوند.
تعارض منافع. برخی نویسندگان کارمند یا مالک Shanghai Precilasers Technology، یک شرکت لیزری، هستند. نویسندگان تعارض منافع دیگری اعلام نمی‌کنند.
سه بار نصف کردن طول موج
این تیم، از دانشگاه علم و فناوری چین، آزمایشگاه ملی هفی، مؤسسه‌هایی از آکادمی علوم چین و همان شرکت، کار را با یک لیزر فروسرخ پیوسته در 1,187 نانومتر آغاز می‌کند. سه مرحله پیاپی دوبرابرسازی بسامد طول موج آن را نصف می‌کنند: 594، سپس 297 و سپس 148.4 نانومتر.
گام آخر در بلوری از استرانسیم تترابورات انجام می‌شود، ماده‌ای شفاف در فرابنفش خلأ که می‌تواند نور را به دو برابر بسامدش تبدیل کند. بلور در جعبه‌ای دربسته قرار دارد که هوای آن تخلیه و با نیتروژنی خالص‌تر از 99.9999% دوباره پر شده است، چون اکسیژن این نور را می‌بلعد. همین ویژگی به کار آزمون هم می‌آید: کمی اکسیژن وارد کنید، سیگنال 148.4 نانومتری ناپدید می‌شود و تنها نویز زمینه باقی می‌ماند.
چند نانووات، بسیار تمیز
- با 920 میلی‌وات نور 297 نانومتری ورودی، منبع حدود 8.1 نانووات در 148.4 نانومتر تحویل می‌دهد.
- سیگنال 38,000 برابر قوی‌تر از زمینه‌ای است که پس از افزودن اکسیژن باقی می‌ماند.
- این خروجی حدود شش برابر 1.3 نانوواتی است که تیمی پیشین گزارش کرده بود. اما نویسندگان تأکید می‌کنند که با توان دمش بسیار بیشتری به دست آمده است؛ به ازای مجذور هر وات، دو تبدیل قابل مقایسه‌اند، پس نشان داده نشده که بلور کارآمدتر است.
بلورهایی که از یک قطعه بریده شده بودند رفتار یکسانی نداشتند. یکی در حدود 30 درجه سلسیوس بهترین کارکرد را داشت، دیگری بسته به نقطه برخورد باریکه در حدود 45 و 48 درجه. هر قطعه به تنظیم خاص خودش نیاز دارد.
سی‌وسه ساعت، و ترفندی در برابر رانش
منبع 33.3 ساعت کار کرد، در حالی که تیم اندازه‌گیری‌های جذب هسته‌ای را که در مقاله‌ای همراه شرح داده شده‌اند انجام می‌داد. خروجی آن به‌آرامی از حدود 5 به 8 میلیون شمارش در ثانیه بالا رفت، در حالی که دمش ثابت ماند؛ علت این رانش هنوز روشن نیست.
برای غلبه بر چنین رانش‌هایی، تیم هر میلی‌ثانیه سیگنال را با میلی‌ثانیه‌های درست پیش و پس از آن مقایسه کرد. در یک اجرای جداگانه سه‌ساعته، این مرجع‌دهی موضعی باعث شد نویز تقریباً به همان خوبی که آمار فوتون اجازه می‌دهد با میانگین‌گیری کاهش یابد و پس از 1,000 ثانیه به پایداری کسری 3.5 × 10⁻⁵ برسد. نویسندگان آن را آزمونی برون‌خط از میانگین‌گیری معرفی می‌کنند، نه هنوز حد آشکارسازی اندازه‌گیری‌شده‌ای برای جذب.
به سوی منابع درخشان‌تر
یک کاواک آینه‌ای پیرامون بلوری نازک‌تر می‌تواند، روی کاغذ، خروجی را به حدود 3.4 میکرووات برساند؛ پیش‌بینی‌ای که اتلاف کم و کارکرد پایدار را فرض می‌کند. آلایش بلور یا کنترل ساختار درونی آن راه‌های دیگرند. فعلاً نتیجه منبعی کاربردی و بادوام برای شنیدن جذب کم‌رمق یک هسته توریم است.