Die erste Kernuhr wird testen, ob sich fundamentale Konstanten verändern

• Kernphysik

  • Die erste Kernuhr wird testen, ob sich fundamentale Konstanten verändern
  • Durch die Entdeckung eines lasersteuerbaren Übergangs im Atomkern von Thorium-229 erhalten Physiker ein Werkzeug, um die Kräfte zu erforschen, die das Universum zusammenhalten

• Einleitung

  • Im Mai 2024 entdeckte der JILA-Doktorand Chuankun Zhang ein Signal, nach dem Physiker 50 Jahre lang gesucht hatten
  • Er erfasste das Signal, mit dem der Atomkern von Thorium-229 zwischen zwei Zuständen wechselt, und bestätigte damit den Übergang für eine „Kernuhr“
  • Diese Messung wurde als dritte nach Ergebnissen aus Deutschland und Kalifornien veröffentlicht und ist millionenfach präziser als frühere Messungen

• Ein Wunder der Natur

  • 1976 wurde die Besonderheit des Isotops Thorium-229 entdeckt, einem Nebenprodukt der Kernwaffenforschung im Kalten Krieg
  • Elektronen absorbieren äußere Energie, gelangen in einen angeregten Zustand und kehren dann wieder in den Grundzustand zurück
  • Das moderne Zeitverständnis wird durch diesen Prozess definiert

• Messung von Konstanten

  • Der Kernübergang von Thorium-229 liegt in einem Energiebereich, der sich mit existierenden Lasern anregen lässt
  • Mit diesem Übergang lässt sich beobachten, ob sich die fundamentalen Konstanten der Physik im Laufe der Zeit verändern
  • Theoretische Physiker argumentieren, dass sich mit diesem Übergang testen lässt, ob sich die Naturgesetze verändern

• Das Rennen beginnt

  • Mehrere Forschungsteams konkurrieren darum, die erste Kernuhr zu bauen
  • Die zentrale Herausforderung bestand darin, die genaue Laserenergie zu finden
  • Durch einen Durchbruch am CERN wurde die Forschung beschleunigt

• Ergebnisse und Ausblick

  • Mehrere Forschungsteams schafften es nahezu gleichzeitig, den Übergang von Thorium-229 mit einem Laser anzuregen
  • Diese Ergebnisse werden in den kommenden Jahren die präzisesten Messungen darstellen
  • Nun kann dieses Werkzeug genutzt werden, um fundamentale Konstanten zu erforschen

GN⁺-Zusammenfassung

• Dieser Artikel behandelt den Prozess der Entwicklung einer Kernuhr mithilfe des Übergangs im Atomkern von Thorium-229
• Die Kernuhr ist ein wichtiges Werkzeug, um zu testen, ob sich die fundamentalen Konstanten der Physik im Laufe der Zeit verändern
• Diese Forschung ermöglicht weitaus präzisere Messungen als bestehende Atomuhren
• Künftig kann dieses Werkzeug genutzt werden, um zu untersuchen, ob sich die Naturgesetze verändern
• Ein Projekt mit ähnlicher Funktion ist die bestehende Forschung zu Atomuhren