Čína vyvíja magický kryštál. „Dláždi cestu“ pre navigáciu tóriových hodín bez GPS

Vedci z Sin-ťiang Univerzity v Číne údajne vyvinuli špeciálny kryštál, ktorý dokáže vytvárať veľmi krátkovlnné ultrafialové (UV) svetlo, píše portál South China Morning Post (SCMP). Toto svetlo je potrebné na fungovanie nového typu extrémne presných hodín, tzv. jadrových hodín založených na izotope tória, konkrétne tóriu-229, ktorý má unikátne vlastnosti vhodné na extrémne presné meranie času.

Tieto hodiny by mohli byť oveľa presnejšie než dnešné a využívali by sa najmä na navigáciu. Navigačné systémy ako GPS totiž fungujú tak, že merajú čas, za ktorý k zariadeniu dorazí signál zo satelitov. Čím presnejšie meranie času, tým presnejšie určenie polohy.

Ako funguje navigácia dnes

V mobilnom telefóne sa poloha určuje prijímaním signálov zo satelitov. Telefón pomocou algoritmov vypočíta, ako dlho trvá, kým signál dorazí. Tieto časy sa následne použijú na výpočet polohy v priestore, čo sa označuje ako navigácia založená na čase. Čím presnejšie sú hodiny, tým presnejší je výsledok.

Problém je, že GPS nefunguje všade – napríklad pod vodou alebo vo vesmíre ďaleko od Zeme, a dá sa aj rušiť. Práve preto sú takéto presné hodiny dôležité, pretože by umožnili navigáciu aj bez GPS, napríklad pre ponorky alebo vesmírne sondy.

Podľa portálu Interesting Engineering je kryštál v tomto prípade kľúčový, pretože umožňuje vytvoriť presne také UV svetlo, aké je potrebné na „nastavenie“ a meranie jadra atómu. Bez neho by tieto nové, presnejšie hodiny nebolo možné prakticky využiť.

Problém pre ponorky

Ponorky musia kvôli získaniu GPS signálu vyplávať na hladinu, čím sa stávajú zraniteľnými. Preto potrebujú alternatívny spôsob navigácie. Riešením sú atómové hodiny, ktoré merajú čas pomocou vibrácií elektrónov okolo atómov a sú veľmi presné.

Tajná vojna v oceáne. Európa predstavuje plán za 4,8 milióna eur na výrobu tichších autonómnych ponoriek

Nová generácia hodín

Vedci však vyvíjajú ešte presnejšie jadrové hodiny, ktoré využívajú vibrácie jadra atómu, konkrétne tórium-229. Tieto hodiny by mohli byť 10 až 1000-krát presnejšie, pretože jadro atómu je stabilnejšie a menej citlivé na vonkajšie vplyvy. Tento izotop je výnimočný tým, že jeho jadro vibruje pri veľmi nízkej energii, takže sa dá relatívne dobre merať.

Na jeho meranie je však potrebné extrémne presné ultrafialové svetlo s konkrétnou vlnovou dĺžkou okolo 148 nm, čo je technologicky náročné.

Nový kryštál dokáže premieňať laserové svetlo na ultrafialové žiarenie s veľmi krátkou vlnovou dĺžkou približne 145,2 nm. Aj keď to ešte nie je ideálna hodnota, ide o výrazné zlepšenie oproti predchádzajúcim možnostiam a dôležitý krok vpred.

Jedným z hlavných problémov bolo vytvoriť presne takú ultrafialovú vlnovú dĺžku, aká je potrebná. Vedci majú podľa SCMP v zásade dve možnosti: buď postavia veľmi zložité a veľké laserové zariadenia, ktoré ju dokážu vytvoriť priamo, alebo použijú špeciálny kryštál, ktorý „pretransformuje“ bežné laserové svetlo na požadovanú formu.

Takýto kryštál je však veľmi ťažké nájsť alebo vyrobiť. Musí totiž spĺňať viacero náročných podmienok naraz – musí prepúšťať extrémne krátke UV žiarenie, správne meniť smer svetla a zároveň ho efektívne premieňať. Tieto vlastnosti sa v jednom materiáli zvyčajne nevyskytujú spolu.

Vedci zo Sin-ťiang Univerzity preto zvolili presnejší prístup k návrhu materiálu. Postupne upravovali chemické zloženie fluórovaných borátových kryštálov tak, aby vyvážili všetky tieto požiadavky.

Vďaka tomu sa im podarilo vytvoriť nový typ kryštálu, ktorý dokáže generovať ešte kratšie ultrafialové vlnové dĺžky než doteraz, čo je kľúčový krok pre ďalší vývoj tejto technológie.

Možné využitie v praxi

Ak sa podarí dosiahnuť potrebnú presnosť, bude možné určovať polohu bez GPS len na základe času, rýchlosti a smeru pohybu. Teoreticky by sa dali využiť aj iné signály, napríklad z hviezd alebo pulzarov, ako pomocné navigačné zdroje.

Takáto technológia by umožnila ponorkám navigovať pod vodou bez nutnosti vynorenia. Rovnako by mohla zvýšiť odolnosť rakiet voči rušeniu a umožniť kozmickým lodiam autonómnu navigáciu v hlbokom vesmíre bez potreby spojenia so Zemou.

Čítaj viac z kategórie: Zahraničie