UCLAの物理学者らが、希少なトリウムを最小限使用して超高精度の核時計を作成する簡単な方法を考案し、宝飾品製造の技術を借用した。トリウムを鋼に電気メッキすることで、チームは複雑な結晶製造数年分に匹敵する結果を、素材を1,000倍少なくして達成した。この進展は、GPS非対応環境である深宇宙や潜水艦での信頼できる時刻維持を可能にする可能性がある。
昨年、UCLA主導のチームは、放射性トリウム-229核による光子の吸収と放出を成功裏に制御し、2008年に初めて提案された半世紀にわたる追求に区切りをつけた。この画期的な成果は、原子時計よりはるかに精度の高い核時計への道を開き、航法、通信、物理学の基本定数の検証を革新する可能性がある。しかし、トリウム-229の希少性——兵器級ウラン由来で世界に約40グラムしか存在しない——が大きな障害となっていた。従来の実験はトリウム添加フッ化物結晶に依存し、開発に15年を要し、1バッチあたり最低1ミリグラムのトリウムが必要だった。「結晶の製造は本当に困難だ。永遠にかかり、私たちが使用できるトリウムの最小量は1ミリグラムで、利用可能量が40グラム程度しかないことを考えると多い」と、UCLAのポスドク研究者で前作の第一著者であるRicky Elwell氏は語った。新たなNature誌掲載の研究で、Eric Hudson氏の国際チームは、ステンレス鋼に薄いトリウム層を電気メッキする方法でこれを克服した。これは19世紀の技術で、金などの金属を基材にコーティングするのに用いられる。この手法はトリウムを千分の一しか使わず、耐久性のある製品を生む。「フッ化物結晶の成長法を確立するのに5年かかったが、今や最古の産業技術の一つを使い、トリウムを1,000倍少なくして同じ結果を得られることがわかった」とHudson氏は説明した。鍵となった洞察は基本的前提を覆すもの：不透明な材料中でもトリウム核を励起でき、透過光による光子ではなく電気電流による電子として放出を検出可能だ。「核遷移を励起・観測するには、トリウムを光に透明な材料に埋め込む必要があると誰もが思っていた…本研究で、それが単に誤りであることを示した」とHudson氏。こうした時計は電力網、携帯網、GPS衛星を強化し、原子時計がずれ現在の潜水艦での浮上を要するGPS非依存航法や深宇宙ミッションを可能にする。「トリウム核時計は基礎物理測定を革新し…太陽系規模の時間基準設定にも有用」とNASAジェット推進研究所のEric Burt氏。BoeingのMakan Mohageg氏は、航空宇宙向け小型安定時計のコスト削減になると付け加えた。米国科学財団資金の研究には、University of Manchester、University of Nevada Reno、Los Alamos National Laboratory、欧州機関の協力者が参加した。