왜 과학자들은 핵 시계를 만들고 있습니까? 원자 시계가 완벽하지 않기 때문에

정확하게 시간을 지키는 시계를 만드는 임무는 시계와는 완전히 다릅니다. 일반 시계는 일상적인 실제 요구 사항을 충족 시켜줄 수 있지만 민감한 측정을 기반으로하는 과학적 연구 및 기술을 위해서는 시간을 정확하게 측정 할 수있는 시계가 필요합니다. 따라서 과학자들은 원자 시계를 발명했으며 기존 시스템보다 시간을 유지하는 것이 더 정확하지만 개선 할 여지는 여전히 남아있었습니다. 이제 과학자들은 원자 세계에서 핵으로 옮겨 가고 있습니다. 새로운 연구 결과 발표 자연 독일의 물리학 자들은 200 억년마다 10 분의 1 초를 잃을 수있는 시계를 개발했다고합니다. 그것은 - 당신이 그것을 어떻게 보느냐에 따라 - 현 원자 기술보다 10 배 더 낫습니다.

하지만 원자 시계를 더 이상 사용하지 않으려면 진자와 조상을 조롱하는 것과 다른 점을 고려해 봅시다.

모든 클럭은 공진기를 사용하여 시간을 추적합니다. 공진기는 단순화를 위해 정기적으로 "틱"하는 메커니즘입니다. 오래된 시계는 진자와 기어를 공진기로 사용했습니다. 디지털 시계는 공진기로서 전력선 또는 수정의 진동을 사용합니다. 원자 시계는 원자 자신의 공명 주파수를 공진기로 사용하여 몇 가지 단계를 거친다. 이 시스템에서, 공진기는 원자의 양자 전이 (quantum transition)에 의해 방출되는 전자기 방사에 의해 조절된다. 즉 원자 시계는 원자 입자의 에너지 변화를 측정하여 시간을 추적합니다.

일부 요소와 동위 원소의 경우 일관된 주파수에서 발생합니다. 예를 들어, 세슘 -133은 초당 정확히 9,192,631,770 사이클에서 발진합니다. 그래서 1955 년 영국 국립 물리 ​​연구소 (National Physical Laboratory)에서 최초의 원자 시계를 만드는 데 사용되었습니다.

그 이후로 많은 기술적 진보로 인해 레이저 냉각 및 원자 트래핑,보다 정밀한 레이저 분광법, 훨씬 더 일관된 공진 주파수를 나타내는 다른 동위 원소의 발견 등보다 정확한 원자 시계가 만들어졌습니다. 가장 정확한 원자 시계에 대한 현재 기록 보유자는 이터 븀 이온에 대한 판독 값을 기반으로합니다.

원자 시계가 너무 중요한 이유는 시계가 다른 고도에서 시간을 다르게 측정한다는 사실과 관련이 있습니다. 시계가 주심에서 멀어 질수록 더 빠른 시간이 지납니다 (즉, 에베레스트 산에서 시계는 해수면보다 더 빠르게 진행됩니다). 그 차이는 겉으로는 무시할 만하지만 더 많은 시간이 지나면 합칠 수 있습니다.

요즘 우리 기술의 대부분은 GPS와 같은 글로벌 응용 프로그램으로 작동합니다. 누군가가 어디에 있든 상관없이 같은 시간에 작동하도록하려면 정확한 시계에 직접 연결해야합니다. 원자 시계를 표준으로 사용하는 것보다 더 나은 방법을 보장 할 수는 없습니다. 최근의 연구에서 독일 연구팀은 원소의 원자핵 자체의 진동 (핵을 둘러싼 전자와는 반대로)을 직접 측정하는 아이디어에 대해 설명합니다. 이 디자인을 기반으로 한 원자 시계는 외부 힘의 영향을받지 않을 수 있습니다. 연구팀은 토륨의 동위 원소 인 Th-229m에서의 여기 상태를 확인하고이 개념을 뒷받침하는 실험 결과를 보여줍니다.

단 하나의 문제가 있습니다: Th-229m은 자연적으로 발생하지 않습니다. 그럼에도 불구하고 새로운 연구의 결과는 인상적이지만, 핵 시계를 만들고 유지하기 위해 Th-229m을 충분히 연구하는 방법이 정확히 불분명합니다. 연구진은 우라늄 233을 원료로 사용하여 Th-229m을 유도했다. 쉬운 과정이 아닙니다.

과학자들이 그 작은 문제를 해결하고 지속 가능한 양의 Th-229m을 생성하는 방법을 찾아낸다면 우리는 세계에 걸쳐 점점 더 많은 기술을 구축하면서 의심 할 여지없이 중요한 역할을 할 새로운 세대의 원자 시계를 찾고 있습니다. 세계 곳곳의 사람들에게 봉사합니다.