Mimo vědeckou komunitu to nejspíš věděl jen málokdo. Fyzici dlouho a nepochybně toužebně očekávali objev velmi speciálního stavu nebo spíš energetického přechodu atomového jádra thoria. Nešlo přitom jen o ryze vědecký přínos, ale také o revoluční technologické aplikace.
Takový objev by se mohl stát základem nové technologie pro měření času – jaderných hodin (nuclear clock). Ty mohou být řádově přesnější než soudobé atomové hodiny. Rovněž by mohl sehrát roli v odpovědích na velké fyzikální otázky, například o povaze konstant, zda jsou za všech okolností konstantní či nikoliv.
Teď se očekávání kolem thoria mohou proměnit ve skutečnost. Vysněný energetický přechod jádra thoria byl objeven, byla určena jeho energie, v experimentu bylo jádro thoria-229 excitováno laserem a pak byl velmi pečlivě pozorován jeho návrat do původního energetického stavu. Zásluhy si připsal tým odborníků, který vedl Thorsten Schumm z rakouské Technische Universität Wien.
Manipulace s atomy či molekulami pomocí laserů jsou dnes běžné. Při použití vhodné vlnové délky laseru lze přepnout atomy nebo molekuly z jednoho kvantového stavu do jiného a přitom například přesně změřit jejich energii. Využívají toho atomové hodiny, chemické analytické metody nebo třeba kvantové počítače.
S atomy a molekulami to jde už dlouho. S atomovými jádry je to ale úplně jiná káva. S dosavadními postupy to bylo nemožné. Atomová jádra také lze přepnout mezi kvantovými stavy, tedy teoreticky. Ve skutečnosti to vyžaduje mnohonásobně, minimálně tisíckrát více energie než při excitování elektronů v atomech nebo molekulách.
Proto podle Schumma za normálních okolností nelze manipulovat atomová jádra s využitím laserů. Energie laserů prostě nestačí. Pro vědce je to škoda, protože atomová jádra jsou k takovým kejklům mnohem vhodnější než celé atomy či molekuly. Jsou mnohem méně citlivá vůči vnějším vlivům.
##seznam_reklama##
Fyzici ale věděli, že existuje jedno velmi speciální atomové jádro, které se od ostatních atomových jader liší tím, že by mohlo být manipulované laserem. Thorium-229. Dva energetické stavy tohoto jádra jsou tak blízko sebe, že vědci doufali v jejich možné přepnutí laserem. Problém bylo, že bylo nutné znát potřebnou energii velice přesně. A k dispozici byl pouze odhad.
Bylo to jako hledat jehlu v gigantické kupě sena. Mnohým se to nepovedlo. Schummův tým ale přišel se skvělým nápadem. Namísto měření jednotlivých atomů thoria-229 použili krystaly s ohromným množstvím těchto atomů. Díky tomu mohli laserem zasahovat asi tak 10 na 17 atomů thoria-229 současně. 21. listopadu 2023 vstoupili do historie, když jako první cíleně laserem přepnuli stav atomového jádra. A to je jenom začátek.
Video: Quo Vadis Thorium-229? Recent progress towards a "Nuclear Clock"
Literatura