.Physics Precision Meets Power in the World’s First Thorium Nuclear Clock

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세계 최초의 토륨 핵 시계에서 정밀성과 강력함이 만나다

비엔나 공과대학 에서2024년 9월 4일

원자시계 핵물리학 세계 최초의 핵시계 개발은 토륨 원자핵을 사용하여 정확도를 높인 정밀 측정의 이정표입니다. 이 프로토타입은 시간 측정 기술의 도약을 나타내며 다양한 과학 분야에 잠재적인 영향을 미칩니다. (작가의 컨셉트) 출처: SciTechDaily.com

-원자 시계는 수십 년 동안 사용되어 왔지만, 이제는 더욱 정밀한 측정이 가능해졌습니다. 세계 최초의 핵시계가 출시된 것입니다. 과학자들은 토륨 원자핵을 사용하여 세계 최초의 핵시계를 만들어 시간 측정의 정확도를 높여 중요한 돌파구를 마련했습니다. 이 혁신적인 기술은 아직 프로토타입 단계이기는 하지만 정확도 면에서 기존 원자시계를 능가할 것으로 기대되며 , 다양한 분야에서 시간 측정과 과학적 측정에 혁명을 일으킬 가능성이 있습니다.

시간 측정의 혁신: 세계 최초의 핵 시계 수년 동안 전 세계의 과학자들이 이 목표를 향해 노력해 왔고, 이제 갑자기 일이 매우 빠르게 진행되고 있습니다. 4월에야 Thorsten Schumm 교수(TU Wien, Vienna)가 이끄는 팀이 큰 성공을 발표했습니다. 처음으로 원자핵이 레이저를 사용하여 한 상태에서 다른 상태로 전환되었습니다. 이 효과는 고정밀 측정에 사용할 수 있습니다. 이제 몇 주 후에 이 토륨 전이가 실제로 성공적으로 적용되었습니다.

-TU Wien과 JILA/NIST(미국)는 고정밀 광학 원자 시계를 고에너지 레이저 시스템과 결합하고 토륨 원자핵을 포함하는 결정과 성공적으로 결합하는 데 성공했습니다.

이제 토륨 원자핵을 시간 측정 장치로 사용할 수 있어 시계가 더욱 정확해졌습니다. 세계 최초의 핵 시계입니다.

정밀성의 미래를 프로토타입화하다

아직은 일반적인 원자 시계보다 더 정밀하지는 않지만, 이것이 이 첫 번째 단계의 목표는 아니었습니다. "이 첫 번째 프로토타입을 통해 우리는 토륨이 초고정밀 측정을 위한 타임키퍼로 사용될 수 있다는 것을 증명했습니다. 남은 것은 기술 개발 작업뿐이며, 더 이상 큰 장애물은 없을 것으로 예상됩니다."라고 Thorsten Schumm은 말합니다. 첫 번째 핵 시계는 현재 저널 Nature 에 발표되었습니다 .

원자 시계 원자핵을 시계로: 원자 시계보다 더 정확한 새로운 기술. 출처: Oliver Diekmann, TU Wien

-레이저 빔의 똑딱거림 모든 시계에는 타임키퍼가 필요합니다. 예를 들어 진자 시계의 진자가 규칙적으로 흔들리는 운동입니다. 오늘날 고정밀 시계는 이 목적을 위해 전자기파의 진동을 사용합니다. 레이저 빔의 진동은 시간 간격을 측정하기 위해 계산됩니다. 그러나 레이저의 주파수는 시간이 지남에 따라 약간씩 변할 수 있으므로 주파수를 재조정해야 합니다.

"그래서 레이저 외에도 매우 특정한 레이저 주파수에 매우 선택적으로 반응하는 양자 시스템이 필요합니다." Thorsten Schumm(TU Wien)이 설명합니다. 예를 들어 세슘이나 스트론튬 원자가 될 수 있습니다. 매우 특정한 주파수의 레이저 광이 닿으면 이러한 원자의 전자가 두 양자 상태 사이를 오가며 전환되고 이를 측정할 수 있습니다. 레이저 주파수가 변경되면 더 이상 원자의 고유 주파수와 정확히 일치하지 않으며 원자는 더 이상 효율적으로 여기되지 않습니다. 이 경우 레이저를 재조정해야 합니다. 이 기술을 사용하면 레이저 주파수를 매우 안정적으로 유지할 수 있습니다. 이것이 원자 시계의 기본 원리입니다. 원자 정확도에서 핵 정확도로의 도약 하지만 흥미로운 아이디어가 수십 년 동안 있었습니다. 이 트릭을 원자가 아니라 원자핵 으로 수행할 수 있다면 훨씬 더 정밀한 작업이 가능했을 것입니다.

-원자핵은 원자보다 훨씬 작고 외부의 전자기장과 같은 교란에 훨씬 덜 강하게 반응합니다. 유일한 문제는 원자핵을 두 상태 사이에서 앞뒤로 전환하는 데 일반적으로 레이저의 광자가 가진 에너지보다 최소한 천 배 더 많은 에너지가 필요하다는 것입니다. 유일하게 알려진 예외는 토륨입니다.

-"토륨 핵은 매우 유사한 에너지의 두 가지 상태를 가지고 있으므로 레이저로 전환할 수 있습니다."라고 Thorsten Schumm은 말합니다. "하지만 이를 작동시키려면 이 두 상태의 에너지 차이를 매우 정확하게 알아야 합니다. 수년 동안 전 세계의 연구팀이 토륨 핵을 표적 방식으로 전환할 수 있도록 이 에너지 차이의 정확한 값을 찾고 있었습니다. 우리가 처음으로 성공했고, 이것이 4월에 발표한 결과입니다."

기술 통합: 광학

-기어박스 및 주파수 빗 JILA(NIST와 미국 볼더 대학의 연구소)의 원자 시계는 이제 토륨 원자핵과 성공적으로 결합되었습니다. 여기에는 몇 가지 물리적 트릭이 필요했습니다. "원자 시계는 스트론튬 원자를 여기시키는 데 사용되는 적외선 범위의 레이저 빛으로 작동합니다. 그러나 우리의 토륨 원자핵은 자외선 범위의 방사선이 필요합니다."라고 Thorsten Schumm은 설명합니다.

-"따라서 적절한 기어를 사용하여 느린 회전 주파수를 더 빠른 회전으로 바꾸는 기계적 전달과 유사한 적외선 주파수를 자외선 주파수로 바꾸는 방법이 필요합니다." 이 목적을 위해 일련의 서로 다른 적외선 주파수로 구성된 초단 적외선 레이저 펄스가 사용되었습니다.

-두 이웃 주파수 사이의 거리는 빗의 이웃 이빨 사이의 거리와 마찬가지로 항상 동일하므로 이를 "주파수 빗"이라고도 합니다. 이 적외선 주파수 빗은 크세논 가스에 부딪히고, 크세논 원자는 적외선에 반응하여 매우 정확하게 예측 가능한 방식으로 자외선을 생성합니다. 이 자외선은 토륨 핵이 들어 있는 작은 결정으로 보내집니다. Thorsten Schumm은 "이 결정은 실험의 핵심 요소입니다."라고 말합니다.

"비엔나의 TU Wien에서 생산되었으며, 필요한 전문 지식을 개발하는 데 수년간의 개발 작업이 필요했습니다." 비교할 수 없는 정밀성에 대한 약속 이러한 요소들의 결합은 잘 작동했습니다. 그 결과 세계 최초의 핵시계가 탄생했습니다. 이 첫 번째 프로토타입은 아직 정밀도가 향상되지 않았지만, 이는 의도된 바가 아니었습니다. Thorsten Schumm은 "저희의 목표는 새로운 기술을 개발하는 것이었습니다. 일단 기술이 나오면 자연스럽게 품질이 향상됩니다. 항상 그래왔습니다."라고 말합니다.

-"최초의 자동차는 마차보다 빠르지 않았습니다. 새로운 개념을 도입하는 것이 전부였습니다. 그리고 이것이 바로 지금 핵시계로 달성한 것입니다." 과학 및 측정에 대한 의미 이를 통해 토륨 상태의 에너지를 이전보다 몇 배 더 높은 정밀도로 측정할 수도 있었습니다. "처음으로 전이를 여기시켰을 때, 우리는 수 기가헤르츠 이내로 주파수를 결정할 수 있었습니다. 그것은 이미 이전에 알려진 어떤 것보다 1,000배 이상 더 좋았습니다. 하지만 지금은 킬로헤르츠 범위의 정밀도를 가지고 있습니다. 다시 말해, 백만 배 더 좋습니다." 토르스텐 슘이 말했습니다. "그렇게 하면 2~3년 내에 최고의 원자 시계를 따라잡을 것으로 예상합니다."

-이 기술은 이전 시계보다 훨씬 더 정확한 시간 측정을 가능하게 할 뿐만 아니라, 다른 물리적 양도 미래에 더 정확하게 측정될 수 있어야 합니다. 지질학에서 천체물리학에 이르기까지 많은 연구 분야에서 토륨 기술은 중요한 발전을 가져올 수 있습니다. 이 극도의 정밀성은 이제 예를 들어 자연의 기본 법칙을 연구하고 자연의 상수가 완벽하게 일정하지 않을 수도 있지만 공간과 시간에 따라 변할 수 있는지 조사하는 데 사용될 수 있습니다.

참고문헌: Chuankun Zhang, Tian Ooi, Jacob S. Higgins, Jack F. Doyle, Lars von der Wense, Kjeld Beeks, Adrian Leitner, Georgy Kazakov, Peng Li, Peter G. Tirolf, Thorsten Schumm, Jun Ye의 “229mTh 이성질체 전이와 87Sr 원자 시계의 주파수 비율”, 2024년 9월 4일, Nature . DOI: 10.1038/s41586-024-07839-6

https://scitechdaily.com/precision-meets-power-in-the-worlds-first-thorium-nuclear-clock/

메모 2409050828 나의 사고실험 qpeoms 스토리텔링

완벽한 주파수의 빗은 msbase에서 만들어진다.

소스1.편집
두 이웃 주파수 사이의 거리는 빗의 이웃 이빨 사이의 거리와 마찬가지로 항상 동일하므로 이를 "주파수 빗"이라고도 한다. 이 적외선 주파수 빗은 크세논 가스에 부딪히고, 크세논 원자는 적외선에 반응하여 매우 정확하게 예측 가능한 방식으로 자외선을 생성한다. 이 자외선은 토륨 핵이 들어 있는 작은 결정으로 보내진다.

오늘날 고정밀 시계는 이 목적을 위해 전자기파의 진동을 사용한다. 레이저 빔의 진동은 시간 간격을 측정하기 위해 계산된다. 그러나 레이저의 주파수는 시간이 지남에 따라 약간씩 변할 수 있으므로 주파수를 재조정해야 한다.
ㅡ완벽한 주파수의 빗은 msbase에서 그런 오류가 전혀 없다. 허허.

"그래서 레이저 외에도 매우 특정한 레이저 주파수에 매우 선택적으로 반응하는 양자 시스템이 필요하다. 세슘이나 스트론튬 원자가 될 수 있다. 매우 특정한 주파수의 레이저 광이 닿으면 이러한 원자의 전자가 두 양자 상태 사이를 오가며 전환되고 이를 측정할 수 있다.
ㅡmsbase에서 특정한 배열이 주파수의 빗으로 무수히 존재한다. 그런데 오류가 전혀 없다. 이유는 magicsum상태이기 때문이다. 어허.

그런데 기존의 레이저 주파수가 변경되면 더 이상 원자의 고유 주파수와 정확히 일치하지 않으며 원자는 더 이상 효율적으로 여기되지 않는다. 이 경우 레이저를 재조정해야 한다.

그러나 새로운 기술을 사용하면 레이저 주파수를 매우 안정적으로 유지할 수 있다. 이것이 원자 시계의 기본 원리이다. 원자 정확도에서 핵 정확도로의 도약 하지만 흥미로운 아이디어가 수십 년 동안 있었다. 이 트릭을 원자가 아니라 원자핵 으로 수행할 수 있다면 훨씬 더 정밀한 작업이 가능했을 것이다.

원자핵은 원자보다 훨씬 작고 외부의 전자기장과 같은 교란에 훨씬 덜 강하게 반응한다. 유일한 문제는 원자핵을 두 상태 사이에서 앞뒤로 전환하는 데 일반적으로 레이저의 광자가 가진 에너지보다 최소한 천 배 더 많은 에너지가 필요하다는 것이다
-토륨 핵은 매우 유사한 qmsbase 에너지의 두 가지 상태를 가지고 있으므로 레이저로 전환할 수 있다.

"하지만 이를 작동시키려면 이 두 상태의 에너지 차이를 매우 정확하게 알아야 한다. 수년 동안 전 세계의 연구팀이 토륨 핵을 표적 방식으로 전환할 수 있도록 이 에너지 차이의 정확한 값을 찾고 있었다. 우리가 처음으로 성공했고, 이것이 4월에 발표한 결과이다.

이 기술은 이전 시계보다 훨씬 더 정확한 시간 측정을 가능하게 할 뿐만 아니라, 다른 물리적 양도 미래에 더 정확하게 측정될 수 있어야 한다. 지질학에서 천체물리학에 이르기까지 많은 연구 분야에서 토륨 기술은 중요한 발전을 가져올 수 있다. 이 극도의 정밀성은 이제 예를 들어 자연의 기본 법칙을 연구하고 자연의 상수가 완벽하게 일정하지 않을 수도 있지만 공간과 시간에 따라 변할 수 있는지 조사하는 데 사용될 수 있다.

No photo description available.

Note 2409050828 My Thought Experiment qpeoms Storytelling

A perfect frequency comb is made from msbase.

Source 1. Edit
The distance between two neighboring frequencies is always the same, just like the distance between neighboring teeth of a comb, so it is also called a "frequency comb". This infrared frequency comb is hit by xenon gas, and the xenon atoms react to the infrared and produce ultraviolet light in a very accurately predictable manner. This ultraviolet light is directed to a small crystal containing thorium nuclei.

Today's high-precision clocks use the oscillations of electromagnetic waves for this purpose. The oscillations of a laser beam are calculated to measure time intervals. However, the frequency of the laser can change slightly over time, so the frequency must be recalibrated. -The perfect frequency comb has no such errors in msbase. Hehe. "So, in addition to the laser, you need a quantum system that is very selective to a very specific laser frequency. It could be a caesium or strontium atom. When laser light of a very specific frequency hits it, the electrons of these atoms switch between two quantum states, and this can be measured.
- There are countless specific arrangements of frequencies in the msbase. And there is absolutely no error. The reason is that it is a magic sum state. Oh, my.

But if the original laser frequency is changed, it no longer matches the atom's natural frequency exactly, and the atom is no longer efficiently excited. In this case, the laser has to be re-tuned.

However, with new technology, the laser frequency can be kept very stable. This is the basic principle of atomic clocks. Leaping from atomic accuracy to nuclear accuracy But there has been an interesting idea for decades. If this trick could be done with nuclei instead of atoms, it would be much more precise.

Nuclei are much smaller than atoms and react much less strongly to external disturbances such as electromagnetic fields. The only problem is that it takes more energy to switch the nucleus back and forth between the two states than the photons of the laser typically have. That would require at least a thousand times more energy
-Thorium nuclei have two states with very similar qmsbase energies, which can be switched with a laser.

"But to make it work, you have to know the energy difference between these two states very precisely. For years, research teams around the world have been looking for the exact value of this energy difference so that they can switch thorium nuclei in a targeted way. We have succeeded for the first time, and this is the result we announced in April.

Not only will this technology allow for much more precise time measurements than previous clocks, but other physical quantities should also be able to be measured more precisely in the future. Thorium technology could lead to important advances in many fields of research, from geology to astrophysics. This extreme precision could now be used, for example, to study the fundamental laws of nature and to investigate whether the constants of nature may not be perfectly constant, but can vary over space and time.

sample qoms (standard)
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0000001100
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0010010000
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0010000001

sample pms (standard)
q0000000000
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000000000q0

Sample msoss
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzz
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca