PRELOM: Vedci zostrojili prvé jadrové hodiny na svete, vyriešia veľkú záhadu fyziky

Tím vedcov z Technickej univerzity vo Viedni dosiahol prelom, ktorý môže zmeniť naše chápanie fyziky. Pomocou technológie využívajúcej prechod v jadre tória dokázali, že jadrové hodiny (nová generácia presných meracích prístrojov) môžu pomôcť odpovedať na otázku, či sa jedna zo základných konštánt vesmíru v priebehu času mení. Ide o tzv. konštantu jemnej štruktúry, známu aj ako alfa alebo Sommerfeldova konštanta, ktorá určuje silu elektromagnetickej interakcie.

Táto bezrozmerná fyzikálna konštanta má hodnotu približne 1/137 a vyjadruje, ako svetlo interaguje s hmotou. V praxi teda určuje, ako pevne sú atómy spojené, od štruktúry hviezd až po fungovanie polovodičov v našich smartfónoch. Ak by sa jej hodnota čo i len nepatrne zmenila, znamenalo by to, že zákony vesmíru, ktoré považujeme za nemenné, sa môžu v priebehu času meniť. Na tému upozornil portál Interesting Engineering.

Meranie, ktoré môže prepísať modernú fyziku

Podľa fyzika Thorstena Schumma z Inštitútu atómovej a subatómovej fyziky TU Wien niektoré teórie naznačujú, že táto konštanta nemusí byť skutočne konštantná. „Zvyčajne predpokladáme, že takéto konštanty sú univerzálne – že majú rovnakú hodnotu v každom čase a na každom mieste vo vesmíre. Ak by sa však ukázalo, že konštanta jemnej štruktúry nie je stabilná, zásadne by to zmenilo modernú fyziku,“ vysvetľuje Schumm.

Na overenie tejto hypotézy vedci využili unikátny koncept jadrových hodín, ktorý bol po prvýkrát predstavený v roku 2024. Kým tradičné atómové hodiny merajú čas podľa správania elektrónov na orbitách okolo jadra, jadrové hodiny sledujú energetické prechody priamo v jadre atómu. V experimente použili drobný kryštál obsahujúci atómy tória. Keď sa jadro tória prepne medzi dvoma energetickými stavmi – základným a o niečo energeticky bohatším – mení svoj tvar, a tým aj rozloženie svojho elektrického poľa.

TU Wien

Tóriové jadro ako okno do novej fyziky

Tento drobný posun, označovaný ako kvadrupólová zmena, úzko súvisí s hodnotou konštanty jemnej štruktúry. „Keď sa stav atómového jadra zmení, mení sa aj jeho tvar a s ním aj elektrické pole. Najmä kvadrupólová zložka poľa – číslo, ktoré určuje, či je tvar poľa viac pretiahnutý ako cigara alebo sploštený ako šošovica,“ objasňuje Schumm.

A práve presné meranie tohto prechodu môže vedcom umožniť odhaliť, či sa konštanta jemnej štruktúry v čase mení. Tóriové kryštály pre experiment vyrobili priamo vo Viedni, pričom merania pomocou laserovej spektroskopie prebehli v americkom Boulderi v štáte Colorado. „Naša metóda dokáže zachytiť zmeny v konštante jemnej štruktúry s presnosťou, ktorá je o tri rády vyššia než doterajšie techniky – teda približne šesťtisíckrát presnejšie,“ zdôrazňuje Schumm.

Podľa vedcov majú tieto výsledky význam ďaleko presahujúci presné meranie času. Jadrové hodiny môžu otvoriť dvere k úplne novým experimentom, ktoré doteraz nebolo možné uskutočniť. „Prechod, ktorý sme v tóriu objavili, možno využiť nielen na vytváranie novej generácie extrémne presných hodín, ale aj na skúmanie úplne novej fyziky, ktorá bola doteraz experimentálne nedostupná,“ uzatvára Schumm.

Štúdia bola publikovaná v prestížnom vedeckom časopise Nature Communications a potvrdzuje, že svet jadrových hodín je len na začiatku svojej éry.

Čítajte viac z kategórie: Novinky