Zaman ve Uzayı Yeniden Değerlendirmek – Toryumun Rol Oynayacağı Şekil

Zaman ve uzay kavramı her zaman bilim insanlarını eğlendirmiştir. Çevremizde gördüğümüz her şey, zamansal ve mekânsal bir çerçeve içinde çalışır. Albert Einstein ünlü bir şekilde şöyle demişti, “İnsan, bizim adlandırdığımız \”Evren\” adlı bütünün bir parçasıdır, zaman ve uzayda sınırlı bir parçadır.” 

Ancak, zaman ve uzay hakkındaki değerlendirmelerimiz, bilimde elde edilen ilerlemeler ve felsefi anlayışımızla birlikte evrimleşmeye devam etti. 

Bu evrimsel akışa en son eklenen, oyunu değiştirebilecek ya da devrim niteliğinde olabilecek bir şey, bir araştırmanın girişlerinden Prof. Thorsten Schumm liderliğindeki TU Wien (Viyana) ekibi tarafından. Bu araştırmanın, nükleer saatler de dahil olmak üzere devrim niteliğinde yüksek hassasiyetli teknolojilerin yolunu açabileceği öngörülüyor. 

Lazerle Uyarılan Atomik Çekirdek: Toryum Geçişinin Merak Uyandıran Durumu

Bilim topluluğu uzun süredir, bugün mevcut en iyi atomik saatlerden daha öngörülü zaman ölçümü sağlayacak nükleer saatlerin inşasına yardımcı olacak toryum atomik çekirdeklerinin çok özel bir durumunu elde etmeye çalışıyor. 

Daha geniş bir ölçekte, bu kadar ince zaman ölçümleri, doğa sabitleriyle ilgili soruyu da içeren teorik fiziğin temel önermelerini yeniden değerlendirmeye yardımcı olacaktır: Bu sabitler kutsal mıdır, yoksa uzay ve zamanda değişir mi? 

Zamanı bu kadar hassas ölçmek, Toryumu atomik geçiş noktasına kadar uyaracak tam enerjiyi bilmeyi gerektirirdi. Tartıştığımız araştırma sayesinde, bu enerji artık tam seviyelerinde biliniyor. Dolayısıyla, ilk kez bir lazer aracılığıyla bir atomik çekirdeği daha yüksek bir enerji durumuna geçirmek ve ardından orijinal durumuna geri dönüşünü izlemek mümkün. 

Bu fenomen aynı zamanda öncü bir başarıdır; çünkü kuantum fiziği ve nükleer fizik gibi iki ayrı fizik alanının bir arada birleştirildiği ilk kezdir. Araştırma, özel toryum içeren kristallerin geliştirilmesini gerektirdi. 

1970’lerden beri, bilim insanları lazerle manipüle edilebilecek özel bir atomik çekirdek olasılığının farkındaydılar. Ancak, başarıya ulaşmak, geçiş enerjisini son derece hassas bir şekilde bilmeyi gerektirir. Prof. Thorsten Schumm’a göre:

“Bu geçişin enerjisini bir elektron volt içinde bilmek, geçişi tespit etmek için doğru enerjiyi bir milyonda bir elektron volt hassasiyetle vurmanız gerekiyorsa pek bir fayda sağlamaz.” 

O zamanlar neredeyse imkânsız gibi görünen bu görevi başarmak için ekip, çok sayıda toryum atomu içeren kristaller geliştirdi. 

Viyana’da bu kristalleri tasarlamaktan sorumlu araştırmacı Fabian Schaden, sürecin karmaşıklığını açıklamak için şu sözleri söyledi:

 “Bu teknik olarak oldukça karmaşık olmasına rağmen, bu sayede yalnızca tek tek toryum çekirdeklerini incelemekle kalmayıp, aynı anda yaklaşık 10^17 toryum çekirdeğini lazerle hedef alabiliyoruz – ki bu, galaksimizdeki yıldız sayısının yaklaşık bir milyon katı.” 

Büyük sayıda toryum çekirdeğinin varlığı etkiyi artırdı, gereken ölçüm süresini azalttı ve enerji geçişini gerçekten bulma şansını artırdı. 

Bu atılım ne kadar önemliydi? Thorsten Schumm’a göre:

“Bizim için bu, gerçekleşen bir hayal.” Ayrıca şöyle devam etti, “Artık kritik atılımı sunabilen biziz: Bir atomik çekirdeğin hedefli lazerle ilk kez uyarılması.” 

Yatırım yapabileceğiniz en iyi beş nükleer hisse senedinin listesi için buraya tıklayın.

Başarının Zaman ve Uzay Kavramları Üzerindeki Etkisi

Bu araştırmada elde edilen başarı, daha sofistike hassasiyetli enstrümanlara yol açacaktır. Saatler, toryum geçişini aktive eden ışığın osilasyonunu kullanarak, bugün mevcut en iyi atomik saatlerden daha hassas olabilecek yeni varyantlara dönüşecektir. 

Bu fenomen ayrıca, yerin yerçekimi alanlarını daha hassas bir şekilde analiz etmeye yardımcı olabilir; bu da mineral kaynaklarını tespit etmeye ve depremlerin yakınlığını daha yüksek doğrulukla gösterebilmeye olanak tanır. 

Araştırmacılar henüz uygulama olasılıklarının tüm yelpazesinden emin değiller, ancak potansiyelin sınırsız olabileceğine inanıyorlar. Thorsten Schumm’un sözleriyle:

“Ölçüm yöntemimiz sadece bir başlangıç. Henüz ne tür sonuçlar elde edeceğimizi tahmin edemiyoruz. Kesinlikle çok heyecan verici olacak.”

Bu araştırma, sofistike hassas saatler geliştiren işletmelere büyük fayda sağlayabilir. Aşağıda bu tür birkaç şirket yer almaktadır. 

#1. Microsemi

Microsemi, atomik saat yetenekleriyle dünya çapında tanınmaktadır. Bu saatler, elektriksel osilatörleri, sezyum atom ışınları, amonyak atomları veya rubidyum gibi bir atomik sistemin doğal titreşim frekanslarıyla düzenlenir. 

Microsemi’nin atomik saatleri, Evrensel Koordinatlı Zaman (UTC)’a girişin %90’ından fazlasını sağlamasıyla bilinir. Ayrıca, sezyum ışın tüpü saatlerinin dünyadaki tek ticari sağlayıcısıdır; bu saatler dünya çapındaki ulusal laboratuvarlarda bulunur.

Şirket, Chip Scale Atomic Clock (CSAC) gibi dünyanın en küçük ve en düşük güç tüketimli atomik saatini ve Miniature Atomic Clock (MAC) gibi gaz hücresi atomik saatlerinin önde gelen sağlayıcısı olarak konumlanmaktadır.

Microsemi, sezyum atomik saatlerinin özellikle iletişimde faydalı olduğunu belirtiyor. Bu saatler, frekans, zaman ve faz uygulamaları için GNSS/GPS teknolojisini çok verimli bir şekilde yedekleyebilir. 

Sezyum, UTC’den 1×10-12 doğrulukta bir sapma ile çalışır. Bu, sezyum saatinin frekans uygulamaları için performans kaybı olmadan GNSS/GPS’yi yedeklemesini sağlar. Zaman ve faz uygulamaları için holdover (bekleme) modunu etkinleştirir. 

Ancak, ‘toryum geçişi’ araştırmasının başarısıyla, Microsemi artık daha doğru ve ince ayarlı bir saat geliştirmek için kaynaklara sahip. 

Genel olarak, Microsemi Corporation, Microchip Technology Inc.’nin (Nasdaq: MCHP) tamamen sahip olduğu bir yan kuruluşudur. 2023 mali yılında, Microchip net satışlarını 8,4 milyar ABD dolarının üzerinde kaydetti. 2023 mali yılında şirket, 2022 mali yılında geri döndürdüğü 0,9 milyar dolar yerine hissedarlara 1,64 milyar dolar geri döndürdü.

#2. General Atomics

Ekim 2021’de, General Atomics Electromagnetic Systems (GA-EMS), NASA’nın Jet Propulsion Laboratory’ının Deep Space Atomic misyonunu tamamladığını duyurdu. GA-EMS başkanı Scott Forney’ye göre:

“OTB üzerindeki DSAC misyonunun başarısı, kritik uzay tabanlı teknolojileri ilerletmek ve bunları güvenilir, sağlam uydu tasarımlarıyla yörüngeye yerleştirmek için gelecekteki çabalara zemin hazırlıyor.”

DSAC, miniaturize edilmiş, aşırı hassas bir cıva iyonlu atomik saatti. General Atomics’in değerlendirmesine göre, GPS uydularında çalışan diğer atomik saatlere kıyasla zaman kararlılığında önemli ölçüde iyileşme gösterdi. Uzun süre boyunca tutarlı zaman ölçümü yapabiliyor ve derin uzay navigasyonu ve keşiflerini destekleyebiliyordu.

Anlaşılabilir bir şekilde, General Atomics, ‘Toryum Geçişi’ araştırmasından önemli ölçüde fayda sağlayacak bir şirkettir.

Temel olarak, General Atomics bir savunma ve çeşitlendirilmiş teknoloji şirketidir. 2023 yılında şirket, 3,1 milyar ABD doları gelir elde etti. 

Nükleer saat daha fazla hassasiyete doğru ilerlerken, bilim insanları yeni nesil atomik saatlerin doğmasına yol açan çözümler geliştirmeye devam ettiler. Avrupa XFEL X-ışını lazerinde yapılan bir deneyde, araştırmacılar Skandiyum elementini kullandılar. 

Son Derece Hassas Bir Atomik Saat: Skandiyum Kullanarak Son Derece Yüksek Doğruluk Standartları

Araştırmacılar Skandiyumu kullandı ve 300 milyar yılda bir saniye doğruluk elde ettiler; bu, sezyum tabanlı mevcut atomik saat standartlarından bin kat daha hassastır.

Başlangıçta tartıştığımız Toryum geçişi gibi, Avrupa XFEL’deki araştırmacılar Skandiyum çekirdeğinde umut verici bir geçişi uyarabildiler. Skandiyum, yüksek saflıkta metal folyo ya da skandiyum dioksit bileşiği olarak kolayca temin edilebilir. Bu amaçla doğru bir şekilde uyarılması için gereken enerji, görünür ışığın yaklaşık 10.000 katı olan 12,4 kiloelektron volt (keV) enerjiye sahip X-ışınları gerektirir. 

Bu geçişin genişliği sadece 1,4 femtoelektron volt (eV) ve bir elektron voltunun 1,4 katrilyonuncusu kadar, yani uyarım enerjisinin (10-19) yaklaşık onda biri kadardır. Bu, 300 milyar yılda bir saniyeye eşdeğer 1:10.000.000.000.000 doğruluğa ulaşılmasını sağladı.

Bu araştırmanın ve başarısının potansiyel faydalarını açıklarken, araştırmacılar birçok noktaya değindiler. Örneğin, geliştirilmiş doğruluğa sahip atomik saatler, uyduların daha hassas konumlandırılmasına yardımcı olabilir. Araştırmacılar ayrıca atomik saatin gelecekteki nükleer saatler için bir yol açıcı olma potansiyelini vurguladılar. 

Deneyin proje lideri, ABD’deki Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndan Yuri Shvyd’ko’ya göre:

“Skandiyumun rezonant uyarımındaki atılım ve enerjisinin hassas ölçümü, sadece nükleer saatler için değil, aynı zamanda ultra yüksek hassasiyetli spektroskopi ve temel fiziksel etkilerin hassas ölçümü için de yeni yollar açıyor.”

Bu araştırmanın potansiyelini açıklarken, ABD Texas A&M Üniversitesi’nden Olga Kocharovskaya, projenin girişimcisi ve lideri, şu sözleri söyledi:

“Örneğin, bu kadar yüksek bir doğruluk, kütleçekimsel zaman genişlemesinin milimetrenin altındaki mesafelerde incelenmesine izin verebilir. Bu, şu ana kadar erişilemeyen uzunluk ölçeklerinde relativistik etkilerin incelenmesini sağlayacaktır.”

Özetle, bu yenilik, toryum geçişi hakkında okuduklarımız gibi, çeşitli faydalar sağladı. Bir düzeyde, bu faydalar fenomeni doğrudan yeni çözümler geliştirmek için uygulamayı içeriyordu. Diğer bir düzeyde ise, faydalar yeni ufukların açılması şeklindeydi. Teorik fizik alanında, bu yeni açılan yollar daha verimli çözümler doğuracaktır. 

Stronsiyum Kullanarak Geliştirilen Hassas Saat

Zaten Toryum ve skandiyumun zamanı ve uzayı en ince seviyede yeniden değerlendirmek için nasıl kullanıldığını inceledik. 2022 yılında, araştırmacılar Stronsiyum’un bu konudaki potansiyelini araştırdı. 

Araştırma, bir grup ABD bilim insanısını içeriyordu. Atomik saat akranlarından 50 kat daha hassas bir cihaz inşa ettiklerini iddia ettiler. 

Jun Ye’ye göre, Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) ve Colorado Boulder Üniversitesi’ne bağlı olarak, hassasiyet özelliklerinin yanı sıra, saat kuantum mekaniğinde keşifler ve altatomik dünyanın dinamiklerini yönlendiren paradigmalar getirebilir. 

Çözüm, optik kafesler olarak bilinen ışık ağlarını başarıyla keşfetti. Bu kafesler atomları düzenli bir şekilde tutabilir ve yerçekimi kaynaklı düşüş ya da doğruluk kaybına yol açan hareketleri engelleyebilir. Hassas saat, 100.000 stronsiyum atomundan oluşuyordu. Her biri, yaklaşık 1 milimetre yüksekliğinde bir pankek benzeri düzenle üst üste katlanıyordu. 

Saatin büyüleyici özelliklerini açıklarken, Ye şöyle dedi: 

“Uzay ve zaman bağlantılıdır. Ve zaman ölçümü bu kadar hassas olduğunda, uzayın gerçek zamanlı nasıl değiştiğini görebilirsiniz—Dünya canlı, yaşayan bir varlıktır.”

Şimdiye kadar tartıştığımız diğer saatler gibi, Ye de bu saatin tamamen yeni bir fizik çağı başlatma potansiyeliyle heyecanlandı. Saat, 200 mikron boyunca zaman farklarını tespit edebiliyordu. 20 mikrona indirildiğinde, kuantum dünyasının iç dinamiklerini daha verimli bir şekilde inceleyebiliyordu. 

Toryum ve Diğerleriyle Zaman ve Uzayı Yeniden Değerlendirmek: Son Sözler

Evrenimizin zamansal ve mekânsal doğası hakkında yeni boyutlar açmanın yanı sıra, bu ultra hassas saatler telekomünikasyon ve navigasyon sistemlerimizi geliştirmek gibi birçok, sayısız amaca hizmet eder. 

Colorado Boulder’daki Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’nden fizikçi Andrew Ludlow’a göre:

“Sadece çok iyi bir kararlılık gerektiren birçok saat uygulaması var ve ardından sadece kararlılığın yeterli olmadığı, aynı zamanda doğruluk da gereken bir dizi uygulama var.”

Bu ultra hassas cihazlar, uzay-zaman boyunca oluşan her ufak dalgalanmayı ölçebilir. Neredeyse geleneksel çözümlerimizle erişilemeyen frekanslarda kütleçekim dalgalarını tespit edebilirler. Yüksek performanslı bir uzay-zaman ölçüm cihazı, yerin derinliklerinde meydana gelen en küçük kütleçekim değişikliklerini algılayarak bir deprem ya da volkanik patlamanın öncüsü olan sinyal koşullarını gösterebilir. 

Özetle, olasılıklar sınırsızdır ve bilim insanları, gelecekte toryum, skandiyum ve stronsiyum gibi daha fazla element keşfederek uzay ve zamanı algılayışımızı devrim niteliğinde değiştirebilirler. 

Warp sürücüsünün kurgu mu yoksa gelecek mi olduğunu öğrenmek için buraya tıklayın.