Njoftimi në vitin 2024 ishte një sensacion shkencor: Për herë të parë, ishte e mundur të ngacmohej në mënyrë selektive një bërthamë atomike.
Deri atëherë, njerëzit kishin qenë në gjendje të manipulonin vetëm elektronet që rrethonin atomet – e gjithë kimia bazohet në këtë parim – por, për ta thënë thjesht, bërthamat atomike mund të ndaheshin vetëm.
Një ekip i udhëhequr nga Thorsten Schumm ia doli, në mënyrë figurative, të manipulonte një bërthamë atomike me piskatore në vend të çekiçit. Ata e arritën këtë duke bombarduar një bërthamë të elementit torium-229 me një lazer të akorduar saktësisht. Ky element njihej prej kohësh për faktin se kishte disa nga nivelet e tij të energjisë jashtëzakonisht afër njëri-tjetrit, që do të thotë se një lazer mund të ngacmonte protonet dhe neutronet, të cilat normalisht janë të lidhura jashtëzakonisht fort.
Kur eksperimenti u krye me sukses për herë të parë në Vjenë, menjëherë lindi një ide e qartë për zbatimin e tij: një orë atomike që do të tejkalonte çdo gjë të arritur më parë në aspektin e saktësisë dhe besueshmërisë. Orët atomike konvencionale funksionojnë duke përdorur elektronet e një atomi. Me torium-229, këto elektrone nuk janë të nevojshme për matjen e kohës, gjë që përfaqëson një avantazh të rëndësishëm për orët bërthamore: toriumi mund të integrohet në mënyrë të qëndrueshme në një kristal fluoridi kalciumi nëpërmjet lidhjeve kimike. Në fakt, atomet e toriumit u përmbajtën gjithashtu brenda një kristali gjatë zbulimit të vitit 2024.
Kristali më i mirë
Ndërkohë, orët e para atomike të bazuara në këtë parim janë realizuar, megjithëse ato ende nuk arrijnë saktësinë e orëve më të mira atomike konvencionale. Sfida tani është përmirësimi i parimit. Për këtë qëllim, një ekip ndërkombëtar kërkimor, përfshirë grupin e Schumm, hetoi se si toriumi mund të integrohet në një kristal.
Kjo nuk është krejtësisht e parëndësishme, sepse lazeri që ngacmon bërthamat atomike bashkëvepron edhe me pjesë të tjera të kristalit. Qëllimi është të minimizohen shqetësime të tilla në mënyrë që të përmirësohet saktësia e orëve të toriumit. Kështu që ekipi filloi të krijonte një larmi të gjerë formash kristali.
Procesi ishte mjaft aventuresk: “Rritja e një kristali është si alkimia ose gatimi”, tha Schumm për Scientific American. “Provon diçka, pastaj provon diçka tjetër dhe vazhdon të provosh.” Kristalet e ndryshme u rrezatuan me lazer në gjatësi vale të ndryshme në diapazonin ultravjollcë për 60 sekonda. Në pesë minutat në vijim, studiuesit regjistruan një “jehonë” optike.
Katër vende për toriumin
Kjo ndryshonte pak për gjatësi vale të ndryshme. Ekipi identifikoi katër mënyra se si atomet e toriumit mund të integrohen në rrjetën atomike të një kristali të fluorit të kalciumit. Në varësi të shpërndarjes së elektroneve dhe atomeve fqinje rreth atomit të toriumit, ky i fundit përjeton një fushë elektrike. Uniformiteti i kësaj fushe është thelbësor për përpjekjet për të ndërtuar një orë, sepse fusha shkakton shqetësime.
Një nga katër variantet i tërhoqi vëmendjen veçanërisht studiuesve. Ai reagoi vetëm ndaj një gjatësie vale të vetme të dritës lazer, duke treguar një fushë elektrike uniforme. “Në fund të fundit, duket si një copë qelqi, por pas saj fshihen dhjetëra mijëra orë mësimi”, thotë Schumm me kënaqësi.
“Të dhënat në këtë studim janë diçka që të gjithë e kemi pritur prej kohësh”, tha për Scientific American Eric Hudson i Universitetit të Kalifornisë në Los Angeles, i cili nuk ishte i përfshirë në studim.
Vetë Schumm thekson përparimin e shpejtë që po bëhet aktualisht në këtë fushë. “Nuk do të jap një afat kohor se kur do të arrijmë të tejkalojmë orët më të mira atomike”, thotë fizikani. Megjithatë, ata synojnë të përmirësojnë prototipet e tyre të bazuara në torium-229 me “të paktën tre urdhra madhësie deri në fund të vitit”. Aktualisht, grupi i tij po përqendrohet më shumë në miniaturizim sesa në arritjen e saktësisë më të lartë.
