Ruski znanstvenici su blizu stvaranja superpreciznih nuklearnih satova, tehnologije koja bi mogla iz temelja promijeniti svemirsku navigaciju, komunikacije i naše razumijevanje svemira, izjavio je Aleksandar Sergejev, znanstveni direktor Nacionalnog centra za fiziku i matematiku (NCFM). Dok se svijet oslanja na atomske satove za sve, od GPS-a do globalnog financijskog sustava i interneta, nova generacija uređaja obećava preciznost koja se ne mjeri u milijunima, već u milijardama godina. Takav skok otvara vrata mogućnostima koje su do sada pripadale isključivo domeni znanstvene fantastike.
Da bismo shvatili magnitudu ovog iskoraka, moramo se vratiti osnovama. Naše moderno vrijeme definira atomski sat, najčešće cezijev. U njemu se sekunda definira kao vrijeme potrebno za točno 9.192.631.770 titraja svjetlosti emitirane tijekom energetskog prijelaza elektrona unutar atoma cezija-133. Ovi su satovi nevjerojatno precizni, gube otprilike jednu sekundu svakih stotinu milijuna godina. No, imaju Ahilovu petu - elektroni koji kruže oko atomske jezgre osjetljivi su na vanjske utjecaje poput zalutalih električnih i magnetskih polja. Unatoč zaštiti, ta vanjska "buka" postavlja granicu njihove preciznosti. Rješenje leži u premještanju mjerenja s elektronskog omotača na samo srce atoma - jezgru.
Ideja nuklearnog sata je upravo to: umjesto titraja elektrona, mjeriti titraje unutar same atomske jezgre. Jezgra je oko sto tisuća puta manja od cijelog atoma i zaštićena gustim oblakom elektrona, što je čini gotovo potpuno imunom na vanjske elektromagnetske smetnje. Sat temeljen na takvom mehanizmu bio bi precizniji i stabilniji. Teorijski, izgubio bi tek jednu sekundu tijekom milijardi godina. Problem je, međutim, bio praktične prirode. Energije potrebne za "pobuđivanje" jezgre obično su tisućama puta veće od onih za elektrone, daleko izvan dosega današnjih lasera. Zbog toga su nuklearne eksplozije toliko moćnije od kemijskih. Ipak, priroda je ponudila jedan, jedinstveni izuzetak.
Sveti gral zvan torij-229
Znanstvenici desetljećima sanjaju o izotopu torij-229. Njegova jezgra ima jedinstveno svojstvo: dva energetska stanja koja su nevjerojatno blizu jedno drugome. Ta energetska razlika je toliko mala da odgovara frekvenciji vakuumske ultraljubičaste (VUV) svjetlosti, što znači da se može dosegnuti postojećom laserskom tehnologijom. Nakon desetljeća potrage, znanstvenici u Europi i SAD-u su krajem 2024. i početkom 2025. godine konačno uspjeli izravno pobuditi jezgru torija laserom, dokazavši da je koncept izvediv. Time je započela globalna utrka za izradu prvog funkcionalnog prototipa, a Rusija u toj utrci ima vlastitog konja.
Pod okriljem državne korporacije Rosatom, ruski znanstvenici u Nacionalnom centru za fiziku i matematiku (NCFM) i na Nacionalnom istraživačkom nuklearnom sveučilištu (MEPhI) razvijaju vlastitu metodu. Kako navodi akademik Sergejev, njihov je pristup inovativan i ekonomičniji. Umjesto složenih tehnika koje koriste drugi timovi, Rusi koriste jedinstvenu metodu uzgoja kristala. Cilj je stvoriti kompaktan, čvrst uređaj koji ne zahtijeva komplicirano lasersko hlađenje plinova, što ga čini lakšim za primjenu u surovim uvjetima, poput svemira. Oprema je instalirana, a eksperimenti s laserskim zračenjem torija-229 su, prema zadnjim informacijama, već započeli.
Od dubokog svemira do traženja nafte
Praktične primjene ovakvog sata su zapanjujuće. U prvom redu, tu je navigacija. Preciznost satelitskih sustava poput GPS-a i GLONASS-a izravno ovisi o satovima na satelitima, a nuklearni satovi donijeli bi preciznost pozicioniranja na razinu centimetra. To je ključno za autonomna vozila, dronove i vojne operacije. Prava revolucija je, međutim, u dubokom svemiru. Svemirska letjelica s nuklearnim satom mogla bi potpuno autonomno izračunavati svoju poziciju, bez stalne komunikacije sa Zemljom, što je ključno za misije na Mars i dalje.
U telekomunikacijama, savršena sinkronizacija koju omogućuju ovi satovi temelj je za 6G i 7G mreže te kvantne komunikacije, gdje i najmanje odstupanje uzrokuje gubitak podataka. Možda najuzbudljivije primjene leže u fundamentalnoj fizici. Usporedbom nuklearnog i atomskog sata znanstvenici bi mogli otkriti mijenjaju li se "konstante prirode" s vremenom ili čak detektirati neuhvatljivu tamnu tvar. Uređaji bi bili toliko osjetljivi na gravitaciju da bi mogli detektirati promjene u Zemljinom polju uzrokovane pomicanjem magme, otvarajući mogućnost predviđanja potresa i vulkana, te daljinskog otkrivanja nalazišta ruda i nafte.
Utrka u izradi prvog nuklearnog sata nije samo pitanje prestiža, već i borba za tehnološku dominaciju koja će oblikovati 21. stoljeće. Tko god prvi stigne na cilj, dat će čovječanstvu alat kojim nećemo samo preciznije mjeriti vrijeme, već i otključati neke od najdubljih tajni svemira.
