นาฬิกานิวเคลียร์เป็นสิ่งที่ใกล้เคียงกับความเป็นจริงมากขึ้นด้วยการทดลองที่วัดพลังงานของสถานะตื่นเต้นต่ำสุดของนิวเคลียสทอเรียม -229 ให้มีความแม่นยำสูงสุดเท่าที่เคยมีมา นาฬิกาที่อิงตามการเปลี่ยนแปลงระหว่างสถานะนิวเคลียร์ดังกล่าวจะมีความแม่นยำมากกว่านาฬิกาอะตอมที่มีอยู่มาก ดังนั้นจึงทำให้เกิดข้อจำกัดที่เข้มงวดมากขึ้นในแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค
นาฬิกาอะตอม “ติ๊ก” ที่ความถี่ที่กำหนดโดยการเปลี่ยน
ผ่านของอิเล็กตรอนภายในอะตอมหรืออิออนเป็นประจำ ซึ่งวัดโดยเลเซอร์ที่คงไว้ซึ่งการสั่นพ้องกับทรานซิชันเหล่านี้ นาฬิกาปรมาณูที่ดีที่สุดในปัจจุบันมีความแม่นยำอยู่ภายในส่วนหนึ่งใน 10 18ซึ่งหมายความว่านาฬิกาจะชะลอตัวลงน้อยกว่าหนึ่งวินาทีหากปล่อยทิ้งไว้เป็นเวลา 13 พันล้านปี (อายุของจักรวาล) อย่างไรก็ตาม นาฬิกาที่อาศัยการเปลี่ยนสถานะทางนิวเคลียร์จะยังคงแม่นยำกว่า เพราะขนาดที่เล็กของนิวเคลียสของอะตอมที่สัมพันธ์กับเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม หมายความว่าพฤติกรรมของอดีตนั้นได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกน้อยกว่า
ต่ำเกินไปที่จะตรวจพบ?ผู้สมัครที่มีแนวโน้มว่าจะเปลี่ยน “นาฬิกา” ของนิวเคลียร์คือสถานะที่อยู่ระหว่างสถานะพื้นดินของนิวเคลียสทอเรียม -229 กับสถานะตื่นเต้นของนิวเคลียร์ต่ำสุดคือทอเรียม -229 เมตร สถานะนี้บางครั้งเรียกว่าสถานะไอโซเมอร์เนื่องจากมีอายุการใช้งานยาวนาน และมันถูกค้นพบโดยนักฟิสิกส์ LA Kroger และ CW Reich ในปี 1976 ระหว่างการวิเคราะห์โครงสร้างระดับนิวเคลียร์ของทอเรียม
ความแตกต่างของพลังงานระหว่างทอเรียม -229 ที่อยู่บนพื้นดินและทอเรียม -229 ม. ที่ตื่นเต้นนั้นมีขนาดเล็กมากจน Kroger และ Reich ไม่สามารถสังเกตเส้นสเปกตรัมที่แยกจากกันสำหรับการเปลี่ยนแปลงโดยใช้เทคโนโลยีที่มีอยู่ในขณะนั้น แต่พวกเขาอนุมานถึงการมีอยู่ของทอเรียม -229 เมตรจากความผิดปกติในการวัด: หนึ่งในพลังงานรังสีแกมมาที่ทำนายโดยทฤษฎีขาดหายไปในสัญญาณที่วัดได้
ตั้งแต่นั้นมา นักฟิสิกส์ได้เรียนรู้ว่าพลังงานกระตุ้น
ของทอเรียม -229 เมตร (และด้วยเหตุนี้พลังงานของการแผ่รังสีที่ปล่อยออกมาเมื่อนิวเคลียสของทอเรียมกลับคืนสู่สภาพพื้นดิน) เป็นพลังงานที่ต่ำที่สุดจากสภาวะที่ถูกกระตุ้นด้วยนิวเคลียร์ทั้งหมด ซึ่งสอดคล้องกับความถี่ใน UV ด้านบนแทนที่จะเป็นบริเวณรังสีแกมมาของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ตามรายงาน ของ Thorsten Schumm จาก มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเวียนนาแห่งออสเตรียซึ่งเป็นผู้ริเริ่มความพยายามในการวิจัยครั้งใหม่ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะ “ส่งเสริม” นิวเคลียสทอเรียมให้อยู่ในสถานะตื่นเต้นต่ำสุดโดยการใช้แสง UV ส่องลงบนโต๊ะด้วยเลเซอร์บนโต๊ะ เมื่อประสบความสำเร็จในลักษณะที่ควบคุมได้ นาฬิกานิวเคลียร์ก็สามารถรับรู้ได้โดยการวัดความถี่การสั่นของนิวเคลียสทอเรียมขณะที่มันเปลี่ยนระหว่างทอเรียม -229 และทอเรียม-229 ม.
การตรวจจับ “รังสี UV แกมมา” พลังงานต่ำ
สิ่งที่จับได้ก็คือพลังงานของสภาวะที่ตื่นเต้นนั้นยังไม่เป็นที่ทราบกันดีว่ามีความแม่นยำสูงเพียงพอที่จะกำหนดความยาวคลื่นที่แน่นอนของแสงยูวีที่จำเป็นต่อการขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว Christian EnssและAndreas Fleischmannจากสถาบัน Kirchhoff Institute for Physicsที่มหาวิทยาลัย Heidelbergประเทศเยอรมนี ได้ดำเนินการขั้นตอนสำคัญในการเอาชนะปัญหานี้ พวกเขาทำเช่นนั้นโดยทำซ้ำการวัดค่าแกมมาสเปกโตรสโคปีของ Kroger และ Reich ด้วยแกมมาสเปกโตรมิเตอร์ที่ล้ำสมัยที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ: ไมโครแคลอรีมิเตอร์แบบแม่เหล็กทำให้เย็นลงเหลือเศษขององศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์ (-273 ° C)
ไมโครแคลอรีมิเตอร์นี้เรียกว่า maXs30 ตรวจจับ “รังสีแกมมา UV” พลังงานต่ำที่ปล่อยออกมาระหว่างการเปลี่ยนจากทอเรียม -229 ม. เป็นทอเรียม -229 โดยการตรวจสอบอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยที่เกิดขึ้นทุกครั้งที่ดูดซับรังสีแกมมาในอุปกรณ์ ความร้อนที่เพิ่มขึ้นจะเปลี่ยนการทำให้เป็นแม่เหล็กของเครื่องตรวจจับ จากนั้นการเปลี่ยนแปลงนี้จะถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าโดยใช้เครื่องวัดความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กแบบ SQUID ที่คล้ายกับที่ใช้เป็นประจำ
ในการตรวจเอกซเรย์ด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก
การวัดที่ท้าทายแม้ว่าเทคนิคนี้จะคล้ายกับที่ใช้ในการศึกษาก่อนหน้านี้ แต่การวัดแบบใหม่ที่รายงานในPhysical Review Lettersได้ให้ค่าพลังงานทอเรียม -229 ม. ที่แม่นยำยิ่งขึ้นด้วยความละเอียดของเครื่องวัดความร้อน นักวิจัยยังใช้ความพยายามอย่างมากในการ “ทำความสะอาด” ตัวอย่างทอเรียม-229 ของพวกเขา พวกเขาได้ตัวอย่างของพวกเขาผ่านเทคนิคที่จัดตั้งขึ้นโดยพิจารณาจากการสลายตัวของอัลฟาของยูเรเนียมกัมมันตภาพรังสี -233 กระบวนการสลายตัวนี้สร้างนิวเคลียสทอเรียม -229 ในสภาวะต่างๆ รวมทั้งทอเรียม -229 ม. และมาพร้อมกับการปล่อยรังสีแกมมาหลายตัว ซึ่งแต่ละอันสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงระหว่างระดับนิวเคลียร์จำเพาะของทอเรียม -229 พลังงานของทอเรียม -229 ม. สามารถคำนวณได้โดยการลบพลังงานที่วัดได้ของเส้นรังสีแกมมาที่เหมาะสม
ในการทำให้การวัดดังกล่าวเป็นไปได้ แม้ว่าตัวอย่างยูเรเนียม-233 ที่ผลิตโดยทีมของ Christoph Düllmann ที่มหาวิทยาลัย Johannes Gutenberg University Mainz จะต้องได้รับการบำบัดทางเคมีเพื่อกำจัดผลิตภัณฑ์ที่เน่าเปื่อยของ “ลูกสาว” ทั้งหมดที่สร้างขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป นักวิจัยยังได้กำจัดไอโซโทปรังสีที่ไม่ต้องการออกไป ซึ่งการสลายตัวของไอโซโทปนั้นสามารถสร้างพื้นหลังที่ไม่ต้องการในสัญญาณที่พวกเขาต้องการวัด จากนั้นจึงออกแบบแหล่งที่มาและภาชนะบรรจุตัวอย่างในรูปทรงพิเศษที่ลดการรบกวนใดๆ ต่อสัญญาณอ่อนขณะที่เดินทางจากตัวอย่างไปยังเครื่องวัดความร้อน นักวิจัยอธิบายว่าข้อควรระวังทั้งหมดนี้มีความจำเป็น เนื่องจากกระบวนการสลายตัวเพียงหนึ่งใน 10,000 เท่านั้นที่สร้างสัญญาณที่มีประโยชน์ในการกำหนดพลังงานทอเรียม -229 เมตร
ค่าที่แม่นยำที่สุดในที่สุด การทำงานหนักนี้ก็ได้ผล ผลลัพธ์ของทีมแสดงถึงค่าที่แม่นยำที่สุดของพลังงานของรัฐไอโซเมอร์ที่เคยวัดได้ที่ 8.10(17) eV (ตัวเลขในวงเล็บแสดงถึงความไม่แน่นอนของตัวเลขสุดท้าย) ผลลัพธ์นี้เปรียบเทียบได้ดีกับค่าที่วัดได้ก่อนหน้านี้ดีที่สุดที่ 8.28(0.17) eV และสอดคล้องกับแสงที่มีความยาวคลื่น 153.1(32) นาโนเมตร
นาฬิกานิวเคลียร์อาจเป็นหนึ่งติ๊กที่ใกล้ขึ้นเนื่องจากในปัจจุบันไม่มีเลเซอร์คลื่นต่อเนื่องที่ทำงานที่ความยาวคลื่นดังกล่าว นักวิจัยจึงใช้หวีความถี่ ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ที่มีสเปกตรัมที่มีเส้นเท่ากันซึ่งช่วยให้สามารถวัดค่าทางสเปกโตรสโกปีได้อย่างแม่นยำอย่างเหลือเชื่อ เพื่อส่งเสริมทอเรียม-229 ให้อยู่ในสถานะตื่นเต้น
Credit : commoditypointstore.com compendiumvalueacademy.com concellodetui.org confcommunication.com corporatetrainingromania.org
