Raziskovalci razvili delujoči jedrski uri

Najnatančnejše ure so atomske ure, ki za merjenje časa uporabljajo prehode med elektronskimi stanji v nekaterih atomih, denimo v cezijevih. Ker imajo elektronska stanja natančno določene energije, so prehodi med njimi pri stabilnih frekvencah, zato lahko iz nihajev zelo natančno merimo čas. Naslednji korak v razvoju ur so jedrske ure, kjer namesto prehodov med elektronskimi stanji uporabljajo prehod med stanji samih jeder. Najpriročnejši atom je torij-229.

Raziskovalni skupini na Dunaju in Pekingu sta zgradili vsaka svoj delujoči prototip takšne torijeve jedrske ure, o čemer poročajo v reviji Nature (avstrijski članek, kitajski članek). Jedrski uri sta tako natančni, da bi se zmotili za sekundo v nekaj milijonih let, kar je zelo natančno, ne pa rekordno. Najboljše atomske ure so približno 10.000-krat natančnejše, ker gre za zrelo in izpopolnjeno tehnologijo.

Jedrske ure pa so šele na začetku svoje poti in bi v prihodnosti lahko presegle njihovo natančnost. Njihova glavna prednost se skriva v odpornosti na okoliške motnje. Energijski prehodi jeder so precej bolj zaščiteni pred motnjami kot prehodi elektronov, ki so bistveno dlje od jedra. Glavni problem jedrskih prehodov so potrebne energije, saj imajo običajno bistveno večje razlike med energijskimi nivoji kot elektronski prehodi, ki jih lahko vzbujamo s preprostimi laserji. Torij-229 je tako poseben prav zato, ker ima izjemno nizek prehod pri 8,4 eV, kar ustreza svetlobi z valovno dolžino 148 nm, torej ultravijolični svetlobi. Takšni laserji pa so že povsem dosegljivi.

V jedrski uri laser s to frekvenco vzbuja kristal kalcijevega fluorida, v katerem so atomi torija-229. Detektor meri absorpcijo, kar omogoča povratno regulacijo frekvence laserja, če se ta oddalji, stabilna frekvenca pa je osnova za merjenje časa. Takšna ura je zelo stabilna, točnost pa je odvisna od tega, kako dobro poznamo lastno frekvenco prehoda. Glavni dosežek torej ni najnatančnejša ura, temveč nov koncept za merjenje časa. Raziskovalci so pokazali, da je mogoče stabilizirati uro na jedrske prehode, za kar so morali razviti kup novih tehnologij z 148-nanometrski laserjem na čelu.