Zegar jądrowy

Czym jest zegar jądrowy?

Od wieków ludzie starają się mierzyć czas coraz dokładniej. Od zegarów słonecznych, przez mechaniczne chronometry, aż po współczesne zegary atomowe – każde kolejne pokolenie urządzeń zwiększało precyzję pomiaru.

Dziś naukowcy pracują nad technologią, która może przewyższyć nawet najbardziej zaawansowane zegary atomowe. Mowa o zegarze jądrowym – urządzeniu wykorzystującym właściwości jądra atomowego zamiast elektronów krążących wokół niego.

Jeśli rozwój tej technologii zakończy się sukcesem, może ona zrewolucjonizować nie tylko pomiar czasu, ale również fizykę fundamentalną, nawigację satelitarną i badania kosmosu.

Jak działają obecne zegary atomowe?

Współczesne zegary atomowe wykorzystują drgania elektronów znajdujących się w atomach. Najczęściej stosowanym pierwiastkiem jest cez lub stront.

Elektrony mogą przechodzić pomiędzy różnymi poziomami energetycznymi. Każde takie przejście zachodzi z niezwykle precyzyjną częstotliwością, która stanowi naturalny wzorzec czasu.

Dzięki temu najlepsze zegary atomowe mylą się o mniej niż jedną sekundę na miliardy lat.

Jednak nawet one mają swoje ograniczenia.

Dlaczego jądro atomowe może być lepsze?

Elektrony znajdują się stosunkowo daleko od jądra atomowego i są podatne na wpływ pól elektromagnetycznych, temperatury oraz innych zakłóceń środowiskowych.

Jądro atomowe jest znacznie mniejsze i lepiej izolowane od wpływów zewnętrznych.

To sprawia, że jego drgania mogą być jeszcze bardziej stabilne niż drgania elektronów wykorzystywane w zegarach atomowych.

W teorii oznacza to możliwość stworzenia najdokładniejszego zegara w historii ludzkości.

Klucz do sukcesu: tor-229

Przez dziesięciolecia budowa zegara jądrowego wydawała się niemożliwa.

Problem polegał na tym, że przejścia energetyczne w jądrach atomowych wymagają zazwyczaj ogromnych ilości energii, trudnych do kontrolowania w laboratorium.

Sytuacja zmieniła się dzięki niezwykłemu izotopowi toru – torowi-229.

Naukowcy odkryli, że posiada on wyjątkowo niskoenergetyczny stan wzbudzony jądra atomowego. Oznacza to, że można go pobudzać za pomocą laserów, podobnie jak elektrony w zegarach atomowych.

To właśnie tor-229 stał się głównym kandydatem do budowy pierwszego praktycznego zegara jądrowego.

Najnowsze przełomy naukowe

W ostatnich latach badacze wykonali ogromny krok naprzód.

Po wielu dekadach poszukiwań udało się precyzyjnie określić energię przejścia jądrowego toru-229. Dzięki temu możliwe stało się projektowanie laserów zdolnych do kontrolowania tego procesu.

W 2024 i 2025 roku kilka zespołów badawczych poinformowało o kolejnych sukcesach związanych z bezpośrednią obserwacją i pomiarem tego wyjątkowego przejścia jądrowego.

Dla wielu fizyków jest to moment porównywalny do początków rozwoju zegarów atomowych w XX wieku.

Do czego mogą posłużyć zegary jądrowe?

Potencjalne zastosowania są imponujące.

Jeszcze dokładniejsza nawigacja

Systemy GPS i inne sieci satelitarne opierają się na niezwykle precyzyjnym pomiarze czasu. Nawet minimalne błędy mogą prowadzić do znaczących odchyleń w określaniu położenia.

Zegary jądrowe mogłyby zwiększyć dokładność takich systemów do niespotykanego dotąd poziomu.

Testowanie teorii względności

Einstein przewidział, że czas płynie inaczej w zależności od siły grawitacji.

Im dokładniejsze zegary posiadamy, tym dokładniej możemy sprawdzać przewidywania teorii względności i szukać ewentualnych odstępstw od obecnych modeli fizycznych.

Poszukiwanie nowej fizyki

Niektóre teorie sugerują, że fundamentalne stałe fizyczne mogą bardzo powoli zmieniać się w czasie.

Zegary jądrowe mogłyby wykryć takie subtelne zmiany, pomagając odkryć zjawiska wykraczające poza obecny Model Standardowy fizyki cząstek.

Badanie ciemnej materii

Część naukowców uważa, że niezwykle precyzyjne zegary przyszłości mogą pomóc w wykrywaniu śladów oddziaływań związanych z ciemną materią.

Jeśli tak się stanie, zegary jądrowe mogłyby odegrać rolę w rozwiązaniu jednej z największych zagadek współczesnej nauki.

Czy zegary jądrowe zastąpią zegary atomowe?

Jeszcze nie.

Technologia znajduje się w fazie rozwoju i wymaga wielu lat badań oraz testów. Obecne zegary atomowe są niezwykle niezawodne i pozostaną podstawą światowych systemów pomiaru czasu przez długi czas.

Jednak wielu ekspertów uważa, że zegary jądrowe mogą w przyszłości stać się nowym standardem precyzji.

Podsumowanie

Zegar jądrowy to jedna z najbardziej obiecujących technologii współczesnej fizyki. Wykorzystując przejścia energetyczne zachodzące wewnątrz jądra atomowego, może osiągnąć dokładność przewyższającą możliwości najlepszych zegarów atomowych.

Choć technologia ta wciąż znajduje się na etapie rozwoju, ostatnie przełomy związane z izotopem toru-229 przybliżają naukowców do stworzenia najdokładniejszego urządzenia pomiarowego w historii. Jeśli projekt zakończy się sukcesem, zegary jądrowe mogą zmienić nasze rozumienie czasu, przestrzeni i samego Wszechświata.

• https://www.national-geographic.pl/nauka/zapomnij-o-zegarach-atomowych-europejscy-fizycy-uruchomili-pierwszy-na-swiecie-zegar-jadrowy

Data opublikowania: 2026-06-18

Autor: Dariusz Wojciech Ptaszyński