Një prej arritjeve më të rëndësishme të fizikës së viteve të fundit po hap rrugën drejt një gjenerate krejtësisht të re të orëve ultra të sakta: orëve bërthamore të bazuara në torium-229.
Në vitin 2024, shkencëtarët arritën për herë të parë të ngacmonin në mënyrë selektive një bërthamë atomike me lazer, një sukses që u konsiderua sensacional. Deri atëherë, manipulimi i drejtpërdrejtë me dritë ishte realizuar kryesisht te elektronet që rrethojnë bërthamën.
Ekipi i udhëhequr nga fizikani Thorsten Schumm arriti ta ndryshonte këtë duke goditur bërthamën e toriumit-229 me një lazer të akorduar me saktësi jashtëzakonisht të lartë.
Toriumi-229 hap një mundësi të re
Toriumi-229 është veçanërisht interesant sepse disa prej niveleve energjetike të bërthamës së tij ndodhen jashtëzakonisht pranë njëri-tjetrit.
Kjo bën të mundur që protonet dhe neutronet brenda bërthamës, të cilat normalisht janë shumë të lidhura, të ndikohen nga një lazer i përshtatur në mënyrë precize.
Pas suksesit të eksperimentit të parë në Vjenë, shkencëtarët panë menjëherë një aplikim potencial: ndërtimin e një ore bërthamore që në të ardhmen mund të tejkalojë orët më të mira atomike për saktësi dhe qëndrueshmëri.
Çfarë i dallon orët bërthamore?
Orët atomike tradicionale matin kohën duke shfrytëzuar kalimet energjetike të elektroneve të një atomi.
Në rastin e toriumit-229, matja mund të bazohet drejtpërdrejt në bërthamën atomike.
Ky është një avantazh i rëndësishëm, pasi atomet e toriumit mund të integrohen në mënyrë të qëndrueshme brenda një kristali të fluoridit të kalciumit.
Në fakt, edhe gjatë zbulimit të vitit 2024, atomet e toriumit ishin të vendosura brenda një strukture të tillë kristalore.
Gara tani është për kristalin perfekt
Prototipet e para të orëve të bazuara në këtë parim tashmë janë realizuar, por ende nuk e kanë arritur saktësinë e orëve atomike më të avancuara.
Sfida kryesore tani është përmirësimi i sistemit.
Një ekip ndërkombëtar studiuesish, ku bën pjesë edhe grupi i Schumm, ka analizuar mënyra të ndryshme se si toriumi mund të vendoset brenda kristalit.
Problemi është se lazeri që përdoret për të ngacmuar bërthamën ndërvepron edhe me elemente të tjera të kristalit, duke krijuar shqetësime që mund të ndikojnë në saktësinë e matjes.
Pikërisht për këtë arsye studiuesit kanë eksperimentuar me një numër të madh strukturash kristalore.
“Është si alkimi apo gatim”
Schumm e ka përshkruar procesin në mënyrë mjaft të pazakontë.
“Rritja e një kristali është si alkimi ose gatim. Provon diçka, pastaj diçka tjetër dhe vazhdon të provosh”, tha ai për “Scientific American”.
Kristalet e ndryshme u ekspozuan për 60 sekonda ndaj lazerëve me gjatësi të ndryshme vale në spektrin ultravjollcë.
Gjatë pesë minutave pasuese, studiuesit regjistruan një lloj “jehone” optike, e cila ndryshonte në varësi të strukturës së kristalit dhe gjatësisë valore të përdorur.
Katër mënyra për vendosjen e toriumit
Shkencëtarët identifikuan katër mënyra kryesore se si atomet e toriumit mund të pozicionohen brenda rrjetës atomike të kristalit të fluoridit të kalciumit.
Në varësi të elektroneve dhe atomeve përreth, toriumi përjeton një fushë elektrike të caktuar.
Për ndërtimin e një ore jashtëzakonisht të saktë, uniformiteti i kësaj fushe është vendimtar, pasi çdo ndryshim mund të shkaktojë devijime në matje.
Një nga katër konfigurimet rezultoi veçanërisht premtues.
Ai reagonte vetëm ndaj një gjatësie të caktuar të dritës lazer, çka sugjeron se fusha elektrike përreth atomeve të toriumit ishte shumë më uniforme.
“Në fund duket thjesht si një copë qelqi, por pas saj qëndrojnë dhjetëra mijëra orë mësimi dhe pune”, tha Schumm.
Shkencëtarët: Këto janë të dhënat që prisnim prej kohësh
Eric Hudson nga Universiteti i Kalifornisë në Los Angeles, i cili nuk ishte pjesë e studimit, e konsideroi rezultatin një hap të rëndësishëm.
“Të dhënat në këtë studim janë diçka që të gjithë kemi pritur prej kohësh”, tha ai për “Scientific American”.
Edhe Schumm thekson se zhvillimet në këtë fushë po ecin me shpejtësi të madhe.
Ai nuk dëshiron të japë një datë se kur orët me torium-229 do të tejkalojnë orët atomike më të sakta që ekzistojnë sot, por ekipi synon përmirësime të mëdha të prototipeve.
Synimi: Përmirësim me mijëra herë
Grupi kërkimor synon që deri në fund të vitit performanca e prototipeve të përmirësohet me të paktën tre rende madhësie, pra potencialisht rreth një mijë herë në disa nga parametrat kryesorë.
Për momentin, ekipi i Schumm po përqendrohet veçanërisht në miniaturizimin e teknologjisë, përpara se të synojë kufijtë absolutë të saktësisë.
Nëse këto përpjekje kanë sukses, orët bërthamore të bazuara në torium-229 mund të shndërrohen në një prej instrumenteve më të sakta të krijuara ndonjëherë nga njerëzimi, me përdorime potenciale nga fizika themelore deri te navigimi, telekomunikacioni dhe testimi i ligjeve më themelore të natyrës. /GazetaExpress/