Κοντά στα πυρηνικά ρολόγια;

Θα προσφέρουν ακόμη ακριβέστερη ώρα αλλά και μια απόδειξη στη θεωρία των χορδών

Νέα Υόρκη 

Τα ακριβέστερα ρολόγια σήμερα είναι τα ατομικά. Σε βαθμό ώστε, εξ αιτίας της «αμείλικτης» ακρίβειάς τους, να έχουν βγάλει «εκτός» την επί χιλιετίες ωρολογιακή σταθερά της ηλιακής ημέρας και να μας εξαναγκάζουν να κάνουμε κάθε τόσο προσαρμογές με το εμβόλιμο δευτερόλεπτο. Σύντομα ωστόσο ενδέχεται να αποκτήσουν έναν ακόμη πιο αμείλικτο ανταγωνιστή – τα 60 φορές πιο ακριβή πυρηνικά ρολόγια.

Τα ρολόγια αυτά βρίσκονται προς το παρόν μόνο «στα χαρτιά». Αν και έχουν προταθεί ως ιδέα εδώ και περίπου μια δεκαετία, κανείς δεν έχει κατασκευάσει ένα ως σήμερα. Μια ομάδα ερευνητών υποστηρίζει τώρα ότι βρήκε μια μέθοδο για την ανάπτυξή τους.

Αν και αναμένονται με αγωνία επειδή θεωρείται ότι θα μπορούσαν να ρίξουν φως στη μυστηριώδη θεωρία των χορδών, ορισμένες βασικές λεπτομέρειες για τη λειτουργία τους παραμένουν παρ’ όλα αυτά ακόμη ανοιχτές.

Ατομικός πυρήνας – διαπασών

Η ιδέα για την ανάπτυξη των πυρηνικών ρολογιών συνίσταται στη μετατροπή του ατομικού πυρήνα σε ένα είδος «διαπασών». Ο πυρήνας ενός ατόμου μπορεί να περνάει σε μια κατάσταση υψηλότερης ενέργειας, να επιστρέφει σε κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας και ύστερα να ξαναπερνάει στην υψηλότερη όταν πλήττεται από μια δέσμη φωτός με μια πολύ συγκεκριμένη συχνότητα.

Αν οι επιστήμονες κατορθώσουν να συντονίσουν μια ακτίνα λέιζερ έτσι ώστε να προκαλεί αυτές τις μεταπτώσεις, τότε η συχνότητά της θα αποκτήσει εκπληκτική ακρίβεια – και επομένως θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως «χτύπος» για τη μέτρηση του χρόνου. Μόνο που κανείς δεν έχει επιτύχει αυτόν τον συντονισμό ως σήμερα.

Στα ατομικά ρολόγια το ίδιο «μέτρο» για τον χρόνο δίνεται από τα περιστρεφόμενα γύρω από τον πυρήνα ηλεκτρόνια τα οποία προκαλούν τις μεταπτώσεις της ενέργειας. Τα περιβάλλοντα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία επηρεάζουν ωστόσο τα ηλεκτρόνια προκαλώντας σφάλματα – έστω και απειροελάχιστα.

Ως αποτέλεσμα, τα ακριβέστερα ατομικά ρολόγια σήμερα θεωρείται ότι «χάνουν» περίπου 4 δευτερόλεπτα από τη στιγμή της Μεγάλης Εκρηξης. Ένα πυρηνικό ρολόι, το οποίο θα επηρεαζόταν πολύ λιγότερο από τα περιβάλλοντα πεδία, θα ήταν ακόμη ακριβέστερο.

Λέιζερ και τροχιές ηλεκτρονίων

Ερευνητές του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Ατλάντα στη Τζόρτζια των Ηνωμένων Πολιτειών με επικεφαλής τον Κόρεϊ Κάμπελ προτείνουν την ανάπτυξη πυρηνικών ρολογιών με τη χρήση ακτίνων λέιζερ οι οποίες θα ελέγχουν τον προσανατολισμό των τροχιών των ηλεκτρονίων στον χώρο γύρω από τον πυρήνα.

Στη σχετική μελέτη τους, που δημοσιεύεται στο διαδικτυακό αρχείο arXiv.org, υποστηρίζουν ότι ένα ρολόι βασισμένο σε ένα άτομο θορίου του οποίου ο πυρήνας ελέγχεται κατ’ αυτόν τον τρόπο θα «χάνει» μόλις 1 δευτερόλεπτο ανά 200 δισ. χρόνια – χρονικό διάστημα κατά 14 φορές μεγαλύτερο από την ηλικία του Σύμπαντος.

Η ακριβής συχνότητα φωτός που απαιτείται για τη «σωστή» διέγερση του πυρήνα του θορίου δεν έχει ωστόσο προσδιοριστεί ακόμη.

Απόδειξη της θεωρίας των χορδών

Αν οι ερευνητές κατορθώσουν να την προσδιορίσουν και να αναπτύξουν το πρώτο πυρηνικό ρολόι, εκτός από απόλυτη ακρίβεια θα μας προσφέρουν ίσως και μια πρώτη απόδειξη της θεωρίας των χορδών.

Η συχνότητα που θα προκαλεί τις μεταπτώσεις της ενέργειας σε ένα τέτοιο ρολόι θα εξαρτάται από τις ισχυρές δυνάμεις του πυρήνα του ατόμου ενώ στα ατομικά ρολόγια οι μεταπτώσεις που προκαλούν τα ηλεκτρόνια εξαρτώνται από μια άλλη θεμελιώδη υποατομική δύναμη. Αν τα δυο είδη ρολογιών συνδυαστούν θα μπορέσουμε ίσως να δούμε αν η σχετική ισχύς των υποατομικών δυνάμεων μεταβάλλεται όπως προβλέπει η θεωρία των χορδών.

tovima