BİR NÜKLEER SAATİ TIKLATAN IŞIK

Optik saatler, ölçüm bilimi ve temel fizik testleri için hassas frekans referansları sağlar. Bir toryum-229 çekirdeği daha tuhaf bir şey sunar: çekirdeğinin, temel durumun yaklaşık 8,4 elektronvolt üzerinde, bir lazerin ulaşabileceği düşük enerjili bir uyarılmış durumu vardır. Bir çekirdeğe dayalı saat, doğanın temel sabitlerindeki olası değişimlere karşı özellikle duyarlı olurdu. Toryum saydam bir kristale gömüldüğünde ise bir katı hâl nükleer saati hâline gelebilir.

Sorun renkte. Bu geçiş, vakum morötesinde, 148,4 nanometrelik ışık gerektiriyor. Son çalışmalar böyle bir ışığın çekirdeği uyarabildiğini ve nükleer saatleri çalıştırabildiğini gösterdi. Ama zayıf bir soğurmayı okumak için kaynağın saatlerce kararlı bir foton akışı sağlaması ve şiddetindeki kaymaların süzülmesi gerekiyor.

Çıkar çatışması. Bazı yazarlar bir lazer şirketi olan Shanghai Precilasers Technology’nin çalışanı ya da sahibi. Yazarlar başka bir çıkar çatışması olmadığını beyan ediyor.

Dalga boyunu üç kez yarıya indirmek

Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, Hefei Ulusal Laboratuvarı, Çin Bilimler Akademisi’ne bağlı enstitüler ve şirketten oluşan ekip, 1.187 nanometrede sürekli çalışan kızılötesi bir lazerle başlıyor. Art arda üç frekans ikiye katlama aşaması dalga boyunu yarıya indiriyor: 594, sonra 297, sonra 148,4 nanometre.

Son adım, vakum morötesinde saydam olan ve ışığı frekansının iki katına dönüştürebilen bir malzeme olan stronsiyum tetraborat kristalinde gerçekleşiyor. Kristal, oksijen bu ışığı yuttuğu için havası boşaltılıp %99,9999’dan saf azotla yeniden doldurulan kapalı bir kutuda duruyor. Bu özellik aynı zamanda bir test işlevi görüyor: içeri biraz oksijen bırakın, 148,4 nanometrelik sinyal kaybolur ve geriye yalnızca arka plan gürültüsü kalır.

Birkaç nanovat, çok temiz

• 297 nanometrelik ışıktan 920 milivat girdiğinde kaynak 148,4 nanometrede tahminen 8,1 nanovat veriyor.
• Sinyal, oksijen eklendikten sonra kalan arka plandan 38.000 kat daha güçlü.
• Bu çıktı, daha önceki bir ekibin bildirdiği 1,3 nanovatın yaklaşık altı katı. Ama yazarlar bunun çok daha fazla pompa gücüyle elde edildiğini vurguluyor; vatın karesi başına iki dönüşüm benzer, dolayısıyla kristalin daha verimli olduğu gösterilmiş değil.

Aynı bloktan kesilen kristaller aynı davranmadı. Biri en iyi 30 °C civarında çalıştı, bir diğeri ışının nereye çarptığına bağlı olarak 45 ve 48 °C civarında. Her parçanın kendi ayarı gerekiyor.

Otuz üç saat ve kaymaya karşı bir hile

Kaynak, ekip eşlik eden bir makalede anlatılan nükleer soğurma ölçümlerini yaparken 33,3 saat çalıştı. Pompa sabit kalırken çıktısı saniyede yaklaşık 5 milyondan 8 milyon sayıma yavaşça yükseldi; kaymanın nedeni hâlâ çözülemedi.

Bu tür kaymaları yenmek için ekip sinyalin her milisaniyesini hemen öncesindeki ve sonrasındaki milisaniyelerle karşılaştırdı. Ayrı bir üç saatlik çalışmada bu yerel referanslama, gürültünün foton istatistiğinin izin verdiği ölçüde ortalamayla azalmasını sağladı ve 1.000 saniye sonra 3,5 × 10⁻⁵’lik bir kesirli kararlılığa ulaştı. Yazarlar bunu, henüz ölçülmüş bir soğurma tespit sınırı değil, çevrim dışı bir ortalama alma testi olarak sunuyor.

Daha parlak kaynaklara doğru

Daha ince bir kristalin çevresine yerleştirilecek bir ayna kovuğu, kâğıt üzerinde çıktıyı yaklaşık 3,4 mikrovata çıkarabilir; bu, düşük kayıplar ve kararlı çalışma varsayan bir öngörü. Kristali katkılamak ya da iç yapısını denetlemek başka yollar. Şimdilik sonuç, bir toryum çekirdeğinin zayıf soğurmasını dinlemek için pratik, uzun süre çalışan bir kaynak.