لقد وضع فيزيائيو جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس طريقة مباشرة لإنشاء ساعات نووية فائقة الدقة باستخدام كميات ضئيلة من الثوريوم النادر، مستعيرين تقنية من صناعة المجوهرات. من خلال طلاء الثوريوم كهربائيًا على الفولاذ، حقق الفريق نتائج مشابهة لسنوات من تصنيع البلورات المعقدة لكن بـ1,000 مرة أقل من المادة. يمكن لهذا التقدم تمكين الحفاظ على الوقت الموثوق في بيئات خالية من GPS مثل الفضاء العميق والغواصات.
السنة الماضية، سجل فريق بقيادة جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس نهاية مطاردة استمرت نصف قرن بنجاح السيطرة على امتصاص وإطلاق الفوتونات بواسطة نوى الثوريوم-229 المشعة، وهو إنجاز اقترح لأول مرة في عام 2008. يمهد هذا الاختراق الطريق لساعات نووية أكثر دقة بكثير من الساعات الذرية، مما قد يحدث ثورة في الملاحة والتواصل واختبارات ثوابت الفيزياء الأساسية. ومع ذلك، كانت ندرة الثوريوم-229 —محدودة بحوالي 40 غرامًا عالميًا من اليورانيوم عالي الدرجة السلاحية— عقبة رئيسية. اعتمدت التجارب التقليدية على بلورات فلوريد معالجة بالثوريوم، والتي استغرقت 15 عامًا لتطويرها وتطلبت على الأقل 1 ملغ من الثوريوم لكل دفعة. «البلورات صعبة التصنيع حقًا. تستغرق وقتًا طويلاً والكمية الأصغر من الثوريوم التي يمكننا استخدامها هي 1 ملغ، وهي كثيرة عندما تتوفر فقط 40 غرامًا تقريبًا»، قال باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ريكي إلويل، المؤلف الأول في العمل السابق. في دراسة جديدة نُشرت في مجلة Nature، تغلب فريق إريك هودسون الدولي على ذلك بطلاء طبقة رقيقة من الثوريوم كهربائيًا على الفولاذ المقاوم للصدأ، وهي تقنية من القرن التاسع عشر تستخدم لتغطية المعادن مثل الذهب على المواد الأساسية. يستخدم هذا النهج ألف جزء من الثوريوم فقط ويُنتج منتجًا متينًا. «استغرقنا خمس سنوات لمعرفة كيفية زراعة بلورات الفلوريد والآن اكتشفنا كيف نحصل على نفس النتائج باستخدام واحدة من أقدم التقنيات الصناعية وباستخدام 1,000 مرة أقل من الثوريوم»، شرح هودسون. الرؤية الرئيسية تحدت افتراضًا أساسيًا: يمكن إثارة نوى الثوريوم في مواد غامضة، مع كشف الانبعاثات كإلكترونات عبر التيار الكهربائي بدلاً من الفوتونات من خلال الشفافية. «كان الجميع يفترض دائمًا أن الثوريوم يحتاج إلى أن يكون مدمجًا في مادة شفافة للضوء لإثارة ومراقبة الانتقال النووي... في هذا العمل، أظهرنا أن ذلك ببساطة غير صحيح»، لاحظ هودسون. يمكن لهذه الساعات تعزيز شبكات الكهرباء وشبكات الهواتف المحمولة وأقمار GPS، مع توفير ملاحة مستقلة عن GPS للغواصات —حيث تتحرك الساعات الذرية الحالية، مما يتطلب الظهور على السطح— ورحلات الفضاء العميق. «يمكن لساعات الثوريوم النووية أيضًا أن تحدث ثورة في قياسات الفيزياء الأساسية... وقد تكون مفيدة أيضًا في إنشاء مقياس زمني على مستوى النظام الشمسي»، قال إريك بيرت من مختبر دفع نفاث ناسا. أضاف ماكان محاجيغ من بوينغ أن الطريقة يمكن أن تقلل التكاليف للحفاظ على الوقت المدمج والمستقر في الفضاء الجوي. شملت البحث، الذي مولته المؤسسة الوطنية للعلوم، شركاء من جامعة مانشستر وجامعة نيفادا رينو ومختبر لوس ألاموس الوطني ومؤسسات أوروبية.
