Dok se svijet oslanja na atomske satove za sve, od GPS-a do globalnog finansijskog sistema i interneta, nova generacija uređaja obećava preciznost mjerenu ne u milionima, već u milijardama godina
Ruski naučnici su blizu stvaranja super-preciznih nuklearnih satova, tehnologije koja bi mogla fundamentalno promijeniti svemirsku navigaciju, komunikaciju i naše razumijevanje svemira, rekao je. Alexander Sergeyevnaučni direktor Nacionalnog centra za fiziku i matematiku (NCFM). Dok se svijet oslanja na atomske satove za sve, od GPS-a do globalnog finansijskog sistema i interneta, nova generacija uređaja obećava preciznost mjerenu ne u milionima, već u milijardama godina. Takav skok otvara vrata mogućnostima koje su do sada pripadale isključivo domenu naučne fantastike.
Da bismo razumjeli veličinu ovog skoka, moramo se vratiti osnovama. Naše moderno vrijeme definira atomski sat, obično cezijum. U njemu se sekunda definiše kao vrijeme potrebno za tačno 9.192.631.770 vibracija svjetlosti koje se emituju tokom energetske tranzicije elektrona unutar atoma cezijuma-133. Ovi satovi su neverovatno precizni, gube oko jedne sekunde svakih sto miliona godina. Ali oni imaju Ahilovu petu – elektroni koji kruže oko atomskog jezgra osjetljivi su na vanjske utjecaje kao što su zalutala električna i magnetska polja. Uprkos zaštiti, ova vanjska “buka” postavlja granicu njihovoj preciznosti. Rješenje leži u pomjeranju mjerenja iz elektronske ljuske u samo srce atoma – jezgro.
Ideja nuklearnog sata je upravo to: umjesto vibracija elektrona, mjerite vibracije unutar samog atomskog jezgra. Jezgro je oko sto hiljada puta manje od cijelog atoma i zaštićeno je gustim oblakom elektrona, što ga čini gotovo potpuno imunom na vanjske elektromagnetne smetnje. Sat zasnovan na takvom mehanizmu bio bi precizniji i stabilniji. U teoriji, izgubio bi samo jednu sekundu tokom milijardi godina. Problem je, međutim, bio praktične prirode. Energije potrebne da se “uzbudi” jezgro obično su hiljade puta veće od energije elektrona, daleko izvan dosega današnjih lasera. Zbog toga su nuklearne eksplozije mnogo snažnije od hemijskih. Međutim, priroda je ponudila jedan, jedinstven izuzetak.
Sveti gral nazvan torijum-229
Naučnici su decenijama sanjali o izotopu torijum-229. Njegovo jezgro ima jedinstveno svojstvo: dva energetska stanja koja su nevjerovatno bliska jedno drugom. Ta energetska razlika je toliko mala da odgovara frekvenciji vakuumskog ultraljubičastog (VUV) svjetlosti, što znači da se može postići postojećom laserskom tehnologijom. Nakon decenije potrage, krajem 2024. i početkom 2025. godine, naučnici u Evropi i SAD-u konačno su uspjeli laserom direktno pobuditi jezgro torijuma, dokazujući da je koncept izvodljiv. Time je započela globalna trka za stvaranje prvog funkcionalnog prototipa, a Rusija ima svog konja u toj trci.
Pod okriljem državne korporacije RosatomRuski naučnici iz Nacionalnog centra za fiziku i matematiku (NCFM) i Nacionalnog istraživačkog nuklearnog univerziteta (MEPhI) razvijaju sopstvenu metodu. Prema rečima akademika Sergejeva, njihov pristup je inovativan i ekonomičniji. Umjesto složenih tehnika koje koriste drugi timovi, Rusi koriste jedinstvenu metodu uzgoj kristala. Cilj je stvoriti kompaktan, robustan uređaj koji ne zahtijeva komplikovano lasersko hlađenje plinova, što ga čini lakšim za korištenje u teškim okruženjima, poput svemira. Oprema je instalirana, a eksperimenti sa laserskim zračenjem torij-229 su, prema posljednjim informacijama, već počeli.
Od dubokog svemira do istraživanja nafte
Praktična primjena ovakvog sata je zapanjujuća. Prije svega, tu je navigacija. Preciznost satelitskih sistema poput GPS i GLONASS ovisi direktno o satovima na satelitima, a nuklearni satovi bi doveli preciznost pozicioniranja na centimetarski nivo. Ovo je ključno za autonomna vozila, dronove i vojne operacije. Prava revolucija je, međutim, u dubokom svemiru. Svemirska letjelica s nuklearnim satom mogla bi potpuno autonomno izračunati svoju poziciju, bez stalne komunikacije sa Zemljom, što je ključno za misije na Mars i šire.
IN telekomunikacijesavršena sinhronizacija koju omogućavaju ovi satovi je osnova za 6G i 7G mreže i kvantnu komunikaciju, gdje čak i najmanje odstupanje uzrokuje gubitak podataka. Možda najuzbudljivije primjene leže u fundamentalnoj fizici. Upoređujući nuklearni i atomski sat, naučnici bi mogli otkriti mijenjaju li se “konstante prirode” s vremenom, ili čak otkriti neuhvatljivu tamnu materiju. Uređaji bi bili toliko osjetljivi na gravitaciju da bi mogli otkriti promjene u Zemljinom polju uzrokovane kretanjem magme, otvarajući mogućnost predviđanja potresa i vulkana, te daljinskog istraživanja ruda i nalazišta nafte.
Utrka za izgradnju prvog nuklearnog sata nije samo pitanje prestiža, već i borba za tehnološku dominaciju koja će oblikovati 21. vijek. Ko prvi stigne na cilj, čovječanstvu će dati alat koji ne samo da će preciznije mjeriti vrijeme, već će i otključati neke od najdubljih tajni svemira.
