Czas zegarów nuklearnych

Zegary atomowe stały się już symbolem dokładności w odmierzaniu czasu. Ale ich dni są policzone – chronometria wkrótce wejdzie w epokę zegarów nuklearnych. Pojawia się jednak naturalne pytanie: po co to wszystko?

Jak sama nazwa wskazuje, zegary atomowe swoją precyzję zawdzięczają fizyce atomu. Mówiąc w dużym uproszczeniu, atomy można wzbudzać oświetlając je promieniowaniem elektromagnetycznym o odpowiedniej częstotliwości. Częstotliwość ta jest bardzo dokładnie wyznaczona przez naturę, toteż właśnie za jej pomocą definiuje się obecnie jednostki czasu. Konkretniej, w systemie SI sekunda zdefiniowana jest jako 9192631770-krotność odwrotności częstotliwości związanej z pewnym szczególnym wzbudzeniem atomu cezu-133.

Działanie zegara nuklearnego będzie całkiem podobne, tyle że wzorca częstotliwości dostarczać będzie nie wzbudzenie całego atomu, a tylko jego jądra. Jak dowodzi zespół kierowany przez Wade'a Rellergerta na łamach prestiżowego „Physical Review Letters”, proces wzbudzania badanego przez nich jądra toru-229 jest znacznie odporniejszy na zewnętrzne zaburzenia niż w przypadku atomu cezu, dzięki czemu będzie można odmierzać czas nawet 1000 razy dokładniej.

Współczesne zegary atomowe są tak precyzyjne, że aby mogła być mowa o przynajmniej jednosekundowej pomyłce w ich wskazaniach, musiałyby chodzić przez ponad 60 milionów lat. Kto zatem potrzebuje jeszcze 1000 razy dokładniejszych chronometrów? Odpowiedź jest prosta: fizycy.

Istnieje hipoteza, że tzw. stała struktury subtelnej – jedna z najbardziej tajemniczych stałych w fizyce (oznaczana grecką „alfą”) w rzeczywistości nie jest stała, ale powoli zmienia się z czasem. Gdyby to była prawda, rozwiązałoby to szereg zagadek astrofizyki i kosmologii, a także pchnęłoby na nowe tory fizykę cząstek elementarnych. Co tu istotne, jej zmienność prowadziłaby również do rozsynchronizowania zegarów atomowych (i nuklearnych) bazujących na różnych atomach. Aby jednak dostrzec ten efekt, trzeba by albo czekać bardzo długo, albo... mieć bardzo precyzyjne zegary.

Rzymianie mawiali, że czas jest nauczycielem życia. Jak widać, może nas też nauczyć fizyki.