Co do zasady w zegarze atomowym pomiar czasu odbywa się wskutek pomiaru elektronów przeskakujących z jednego poziomu energii na drugi. Dla przykładu najpowszechniejsze zegary atomowe wykorzystują promieniowanie mikrofalowe uderzające w atomy cezu. W nowocześniejszych i znacznie bardziej precyzyjnych optycznych zegarach atamowych wykorzystuje się atomy różnych pierwiastków oraz różne długości fal promieniowania. Nie zmienia to jednak faktu, że nadal mierzy się tutaj przejścia elektronów między poszczególnymi powłokami.
Od dawna wiadomo, że znacznie precyzyjniejsze i jednocześnie znacznie bardziej stabilne byłyby zegary nie tyle atomowe, ile jądrowe, które skupiałyby się na samym jądrze atomowym. Na tym poziomie samo jądro atomowe nie jest już zakłócane chociażby przez znajdujące się w jego otoczeniu pola magnetyczne. Tutaj jednak do pomiaru wymagane jest znacznie bardziej energetyczne promieniowanie, tj. promieniowanie rentgenowskie. Problem w tym, że współczesne lasery nie są w stanie wytworzyć spójnych wiązek promieni X. Od dawna wiadomo jednak, że teoretycznie można wykorzystać do pomiaru czasu także jądra atomu toru-229, na które można skierować wiązkę promieniowania ultrafioletowego.
Czytaj także: Przez miliardy lat nie spóźni się ani o sekundę. Chińczycy stworzyli nowy zegar atomowy
Głównym wyzwaniem stojącym na drodze przed stworzeniem takiego zegara jądrowego był fakt, iż naukowcy nie znali precyzyjnej częstotliwości, na której dochodzi do skoku energetycznego. Naukowcy wpadli jednak ostatnio na pomysł, aby wykorzystać optyczny zegar atomowy, laser i kryształ, w którym uwięziony jest tor-229 do zmierzenia częstotliwości, na której dochodzi do skoku. W ten sposób można by było ustalić podstawowy parametr zegara jądrowego opartego na torze.
Zespół naukowców z JILA zaprezentował właśnie zasadę działania wszystkich komponentów niezbędnych do zbudowania zegara jądrowego.
Potencjał takiego odkrycia jest przeogromny. Zegar jądrowy zaprzęgnięty do mierzenia czasu nie spóźniłby się ani o sekundę nawet na przestrzeni miliardów lat. Wszystko wskazuje, że jesteśmy coraz bliżej osiągnięcia takiej precyzji.
Czytaj także: Chcą poszukiwać ciemnej materii za pomocą zegarów. Czy to w ogóle możliwe?
Naukowcy już teraz wskazują, że zegary jądrowe — kiedy już zastąpią w wielu miejscach zegary atomowe — znacząco udoskonalą działanie wielu systemów informatycznych, systemów pozycjonowania satelitarnego, systemów nawigacji i wielu innych. Niewidoczne dla przeciętnego użytkownika zegary jądrowe mogą także istotnie przyspieszyć działanie internetu i systemów komunikacji.
Jedno jest pewne. Najnowsze odkrycie potwierdza, iż tor można wykorzystać do ultraprecyzyjnego pomiaru czasu. Najtrudniejsze zatem za nami. Teraz przed naukowcami jedynie żmudna praca nad udoskonalaniem i skalowaniem technologii, tak aby z komponentów można było jak najszybciej stworzyć pierwszy zegar jądrowy oparty na torze.