.An Old Jeweler’s Trick Could Unlock the Next Generation of Nuclear Clocks

오래된 보석상의 비법이 차세대 핵시계의 비밀을 풀 수 있을지도 모릅니다

_과학자들은 레이저 광을 이용해 토륨 원자핵을 자극하는 더 간단한 방법을 개발하여 핵 활동과 직접적으로 연관된 전기 신호를 검출해냈습니다.

_특수 결정체에서 강철에 증착된 토륨으로 전환하는 이번 연구는 더욱 소형화되고 견고한 핵시계 개발의 가능성을 제시합니다.

[토륨은 화학 원소로 기호는 Th, 원자 번호는 90이다. 악티늄족이다. ]

_획기적인 성과는 더 작고 효율적인 핵시계 개발의 길을 열어줄 수 있다.

1-1.
_지난해 UCLA 연구팀은 과학자들이 반세기 동안 추구해 온 중요한 성과를 달성했습니다 . 그들은 방사성 토륨 핵이 원자 내부의 전자처럼 광자를 흡수하고 방출하며 빛과 상호작용하도록 만드는 데 성공했습니다.

_ 2008년 연구팀이 처음 구상했던 이 획기적인 발견은 정밀 시간 측정 방식을 혁신하고 항법 시스템을 크게 개선할 뿐만 아니라 물리학의 가장 기본적인 상수들을 뒤흔들 새로운 발견의 가능성을 열어줄 것으로 기대됩니다.

이번 연구 성과에는 중대한 한계가 있습니다. 필수적인 동위원소인 토륨-229는 무기급 우라늄 생산 과정에서 부산물로만 생성되기 때문에 극히 희귀합니다. 연구진은 현재 전 세계적으로 핵시계 연구에 사용할 수 있는 토륨-229의 양이 단 40그램에 불과할 것으로 추정하고 있습니다.

1-2.
_새로운 연구는 이러한 난관을 극복할 수 있는 방법을 제시합니다. UCLA 물리학자 에릭 허드슨이 이끄는 국제 공동 연구팀은 기존 실험에 필요했던 토륨의 극히 일부만을 사용하면서도 특수 결정체를 사용했을 때와 동일한 결과를 얻는 방법을 개발했습니다

1-3.
네이처( Nature) 지에 발표된 이 기술은 간단하고 비용도 저렴하여, 언젠가 핵시계가 휴대전화나 손목시계와 같은 일상 기기에 탑재될 수 있을 만큼 작고 저렴해질 가능성을 제시합니다. 소비자 가전제품을 넘어, 이러한 핵시계는 전력망, 휴대전화 기지국, GPS 위성에 사용되는 기존 시스템을 대체할 수 있으며, 심우주나 수중처럼 GPS를 사용할 수 없는 환경에서의 항법에도 활용될 수 있을 것입니다.

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2.
_간단한 프로세스를 통해 원래 15년 동안 연구했던 내용을 개선할 수 있습니다.
허드슨 연구팀은 지난해 획기적인 성과를 가능하게 한 특수 토륨 도핑 불화물 결정을 개발하는 데 15년을 투자했습니다.

_초기 실험에서 토륨-229 원자는 방사성 물질을 안정적으로 유지하면서 레이저 광이 통과하여 핵을 여기시킬 수 있도록 정밀하게 제어된 구조로 불소와 결합되었습니다. 효과적이긴 했지만, 이 결정은 생산하기 어려웠고 희귀한 토륨 동위원소를 비교적 많이 필요로 했습니다.

2-2.
_"레이저 빛이 토륨 핵에 도달하려면 결정이 투명해야 한다고 생각했기 때문에 우리는 결정을 만드는 모든 작업을 직접 수행했습니다.

이 결정을 제작하는 것은 정말 어렵습니다. 시간이 엄청나게 오래 걸리고, 사용할 수 있는 토륨의 최소량은 1밀리그램인데, 사용 가능한 토륨이 40그램 정도밖에 되지 않는다는 점을 고려하면 엄청난 양입니다."라고 지난해 획기적인 연구 성과로 2025년 데보라 진 원자, 분자 또는 광물리학 분야 박사 학위 논문상을 수상한 제1 저자이자 UCLA 박사후 연구원인 리키 엘웰이 말했습니다.

[
토륨-229Th는

토륨의 방사성 동위원소 중 하나로, 비교적 긴 반감기(약 7,900년)를 가지며, 특히 핵물리학 분야에서 '핵 시계' 개발과 기본 상수 변화 연구, 그리고 향후 원자력 기술(원자로 연료)로의 잠재성 때문에 주목받는 희귀 원소입니다. 이 원자는 특정 상태(이성질체)에서 극히 낮은 에너지의 감마선을 방출하는데, 이를 이용해 세상에서 가장 정확한 시계를 만들거나 물리 법칙의 근본적인 테스트에 활용될 수 있어 활발히 연구 중입니다.

주요 특징 및 중요성

반감기: 약 7,900년으로, 다른 불안정한 토륨 동위원소에 비해 상대적으로 안정적입니다.

핵 시계: 229Th의 핵 상태(이성질체)가 레이저로 제어 가능한 전이를 보여, 이를 이용해 미래의 핵 시계(Nuclear Clock) 개발의 핵심 물질로 떠올랐습니다.

기본 상수 연구: 핵 시계 기술은 우주를 지배하는 기본 상수가 변하는지를 테스트하는 데 사용될 수 있습니다.
]

2-3.전기 도금 토륨 원자 시계
_이번 연구에서 허드슨 연구팀은 보석 도금에 사용되는 방법을 약간 변형하여 스테인리스강 표면에 극미량의 토륨을 도금했습니다. 1800년대 초에 발명된 전기 도금은 전기 전도성 용액에 전류를 흘려보내 한 금속의 원자층을 다른 금속 표면에 얇게 입히는 기술입니다. 예를 들어 보석의 경우, 은이나 금을 덜 귀한 금속 바탕에 전기 도금합니다.

_"불소 결정을 성장시키는 방법을 알아내는 데 5년이 걸렸는데, 이제는 가장 오래된 산업 기술 중 하나를 이용해 토륨을 1,000배나 적게 사용하면서도 똑같은 결과를 얻는 방법을 알아냈습니다.

_게다가 완성된 제품은 본질적으로 작은 강철 조각과 같아서 깨지기 쉬운 기존의 결정보다 훨씬 단단합니다."라고 허드슨은 말했다.

_이 새로운 시스템을 작동시키는 핵심은 근본적인 가정 하나가 틀렸다는 사실을 깨닫는 것이었습니다. 레이저로 핵을 충분히 자극하거나 여기시켜 더 높은 에너지 상태로 전이되는 것을 관찰하는 것은 생각보다 훨씬 쉬웠습니다.

3.
_“모두가 핵 전이를 관찰하려면 토륨이 핵을 여기시키는 데 사용되는 빛에 투명한 물질에 박혀 있어야 한다고 생각해 왔습니다.

_하지만 이번 연구에서 우리는 그것이 사실이 아니라는 것을 보여주었습니다.”라고 허드슨은 말했습니다.

_“불투명한 물질에도 충분한 빛을 조사하여 표면 근처의 핵을 여기시킬 수 있습니다. 그러면 핵은 결정과 같은 투명한 물질에서처럼 광자를 방출하는 대신 전자를 방출하고, 이 전자는 전류를 측정하는 것만으로 검출할 수 있습니다. 이는 실험실에서 할 수 있는 가장 간단한 작업 중 하나입니다!”

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[핵에 빛을 비춰서 전자의 방출을 한다면 정확한 시계를 얻을 수 있다?

>>>>>핵내에 전자기파의 흐름인 msbase.electron.mode에 광자를 01에 주입하면 정확한 16이 밀려 나오는 정확한 시계를 얻을 수도 있다.

>>>>광자 계속하여 주입하면 아무리 큰 msbase msoss의 규모의 전자기장이라도 뉴턴의 진자에 근거하여 순식간에 nk2(e)=1씩 전자가 msbase.close_system 빠져나온다. 이것으로 맟춤 시계를 만들면 우주에서나 사용될 수 있다.

>>>> 그 맟춤의 원리는 msbase의 규모를 알면 지구에서 우주의 은하들에 대해 임의 위치를 거리로 지정할 수 있다.

,더 정교한 1/n 분수시계가 나타난다. 1초에 msbase.뉴턴의 진자구슬 전체을 통과한다면 base의 순서수는 1/n2로 임의 순서의 시각이 분수로 더 정교하게 정해진다.

,정교한 시계가 왜 필요한가?
AI답변[과학자들은 가장 정밀한 시계를 이용해 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 테스트하고 있습니다. 일반 상대성 이론에 따르면 중력이 강할수록 시간이 느리게 흐르는데, 매우 정교한 시계는 불과 몇 센티미터의 높이 차이에 따른 미세한 시간 흐름의 변화도 감지할 수 있습니다. 또한, 빛의 속도나 플랑크 상수 같은 기본 물리 상수가 시간에 따라 변하는지 여부를 확인하는 연구에도 사용됩니다. ]

>>>>msbase의 규모에 관련없이 pms.nc_instanton가 순간적으로 모든 nk2에 도달한다면 시간의 동기화가 이뤄진다.

만약에 .msbase가 보이드 거품따위로 불연속성을 가진다면 아마 oss.zero(n)sum과 연결될 수도 있다. 이는 또다른 시간대로 연결될 가능성이 있다. 1038.

>> 시공간 4차원은 pms5.level의 그림자인 동시에 pms.nlevels 고차원간 직접 연결(*)을 가진다. 어허.1207.

2512170618, 21,
,0649,55,0712,0843, 1207]

_토륨 기반 핵시계는 위성 없이 항법을 가능하게 할 수 있다.

>>>>pms5+spacetime은 운반체 없이 우리 우주 여행을 가능하게 할 수도 있을거다. 어허. 물론 exemple1.pms7.level을 이용하면 다른 우주로 4차원이 순간적으로 옮겨갈 수도 있을거여. 허허. pms5_leve.dentro 통하면 고차원으로 가는 좌표이동이 가능하다. 어허.

exemple1. pms7.level
1000000
0010000
0000100
0000001
0100000
0001000
0000010

1212.23,26,28,29,1236,]

3.
_이번 연구는 실용적인 토륨 시계 개발의 길을 열었습니다."라고 NASA 제트 추진 연구소의 고성능 원자 시계 프로젝트를 이끌고 있으며 이번 연구에는 참여하지 않은 에릭 버트는 말했습니다.

_"제 생각에 토륨 핵 시계는 아인슈타인의 상대성 이론 검증과 같이 시계를 이용해 수행할 수 있는 기초 물리학 측정에 혁명을 일으킬 수 있을 것입니다.

_또한 환경 변화에 대한 민감도가 낮기 때문에 미래의 토륨 시계는 다른 행성에 인류가 영구적으로 거주하기 위해 필수적인 태양계 전체의 시간 척도를 설정하는 데에도 유용할 수 있습니다."

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토륨-229Th는

토륨의 방사성 동위원소 중 하나로, 비교적 긴 반감기(약 7,900년)를 가지며, 특히 핵물리학 분야에서 '핵 시계' 개발과 기본 상수 변화 연구, 그리고 향후 원자력 기술(원자로 연료)로의 잠재성 때문에 주목받는 희귀 원소입니다. 이 원자는 특정 상태(이성질체)에서 극히 낮은 에너지의 감마선을 방출하는데, 이를 이용해 세상에서 가장 정확한 시계를 만들거나 물리 법칙의 근본적인 테스트에 활용될 수 있어 활발히 연구 중입니다.

주요 특징 및 중요성

반감기: 약 7,900년으로, 다른 불안정한 토륨 동위원소에 비해 상대적으로 안정적입니다.

핵 시계: 229Th의 핵 상태(이성질체)가 레이저로 제어 가능한 전이를 보여, 이를 이용해 미래의 핵 시계(Nuclear Clock) 개발의 핵심 물질로 떠올랐습니다.

기본 상수 연구: 핵 시계 기술은 우주를 지배하는 기본 상수가 변하는지를 테스트하는 데 사용될 수 있습니다.

붕괴 계열: 넵투늄-233(

233to the 233rd power

233

U)의 붕괴 사슬에서 생성되며, 알파(α) 붕괴 후 베타(β) 붕괴를 통해 라듐, 악티늄 등으로 변환됩니다.

응용 가능성

초정밀 시계: 핵 시계 기술의 핵심으로, GPS, 양자 컴퓨터 등 첨단 기술에 활용될 수 있습니다.

원자로 연료: 토륨-232Th를 이용한 원자로에서 생성되므로, 미래 원자력 기술의 연료원으로 연구됩니다.

연구 현황

물리학자들은 229Th 이성질체의 감마선 파장을 정확히 측정하여 핵 시계의 핵심 기술을 개발하고 있습니다.

229Th 결정 필름을 이용해 기존 수정 발진기를 대체할 수 있는 기술도 연구되고 있습니다.

토륨은 화학 원소로 기호는 Th, 원자 번호는 90이다. 악티늄족이다. 토륨은 1828년 스웨덴의 화학자 옌스 야코브 베르셀리우스에 의해 발견되었으며 전쟁의 신 토르의 이름에서 유래했다. 은백색 금속으로 공기와 접촉 시 이산화 토륨을 생성하면서 검은색으로 변색된다.