Цаг хугацааг урьд өмнө байгаагүй нарийвчлалтайгаар хэмжих цөмийн цагийг зохион бүтээхээр дэлхийн судлаачид олон арван жилийн туршид оролдсоор ирсэн билээ. Тэгвэл АНУ-ын физикийн шинжлэх ухааны судалгааны хүрээлэн (JILA), Стандарт, технологийн үндэсний хүрээлэнгийн хамтарсан хүрээлэн (NIST), Америкийн лазерын технологийн “IMRA” компанийн эрдэмтэд Венийн квантын шинжлэх ухаан, технологийн төвийн физикчидтэй хамтран цөмийн цагны хамгийн анхны загварыг бүтээснээ танилцуулжээ. 

Энэхүү системийн тусламжтайгаар эрдэмтэд цаг хугацааны хэмжлийн шинэ эрин үеийн эхлэлийг тавьж байна. "Хэдэн тэрбум жилийн дараа ч гэсэн ганц секунд ч алддаггүй бугуйн цаг байна гээд төсөөлөөд үз дээ. Бид хараахан тийм түвшинд хүрээгүй байгаа боловч энэ судалгаа нь нарийвчлалын ийм түвшинд биднийг ойртуулж байна" гэж  NIST болон JILA-ийн физикч Зюнь Йе хэллээ. Уг загвар нь атомын цагаас илүү нарийвчлалтай хараахан болоогүй байгааг “Nature” сэтгүүлд нийтлэгдсэн эрдэмтдийн өгүүлэлд тэмдэглэжээ. Гэхдээ энэ нь гол зорилго биш гэнэ. Энэ бол торид шилжих эхний алхам ажээ. Венийн Техникийн их сургуулийн физикч Торстен Штрумм хэвлэлийнхэнд хэлэхдээ, "Анхны загвараараа бид торийг маш өндөр нарийвчлалтай хэмжилт хийхэд хронометр болгон ашиглаж болохыг харуулж чадсан" гэжээ. 

Атомын цагнаас цөмийн цаг хүртэл

Ердийн цагуудад цаг хугацааг хэмжихэд талстыг тодорхой давтамжтайгаар хэлбэлзүүлдэг кварцын генераторыг ашигладаг.  Харин атомын цагт атомын цөмийг тойрон эргэлдэж буй электронууд нэг энергийн түвшнээс нөгөөд шилжүүлэхийн тулд лазерын цацрагийн чичиргээг ашигладаг. Хэдийгээр атомын цаг нь маш нарийвчлалтай боловч лазерын давтамжаар хязгаарлагддаг ба цаг хугацааны явцад дахин тохируулах шаардлагатай болдог тул эрсдэл ихтэй хэмжилт хийхэд тохиромжгүй. Харин цөмийн цаг нь энэ орон зайг нөхөж чаддаг байна. Хэрэв атомын цаг сая жилд нэг секунд алддаг бол цөмийн цаг тэрбум жилд нэг секунд алддаг. Гэхдээ Штруммын тайлбарласнаар "лазер дээр нэмээд тодорхой лазерын давтамжид маш сонгомол хариу үйлдэл үзүүлдэг квантын систем хэрэгтэй" байна. 

Гол түлхүүр-атомын цөм

Цагны нарийвчлалыг сайжруулахын тулд атомын цөмийг ашиглах санаа олон арван жилийн туршид тэргүүлэх физикчдийг гайхшруулсаар ирсэн билээ. Цөм нь атомаасаа жижиг тул гадны соронзон оронд бага хариу үйлдэл үзүүлдэг. Гэхдээ асуудлын гол нь цөмийг хоёр төлвийн хооронд сэлгэн шилжүүлэхэд шаардагдах энергид оршиж байгаа юм. Харин торийн цөмийг ингэж шилжүүлэх шаардлагагүй бөгөөд лазер ашиглан шилжүүлж болох ажээ. Хамгийн гол нь хоёр төлвийн ялгааг мэдэх явдал юм.

Тэгвэл профессор Штрумм болон түүний багийнхан энерги дэх энэ ялгааг зөв тодорхойлж, торийн цөмийг амжилттай шилжүүлэх боломжийг олгосноор том алхам хийжээ. Нарийвчлал нэмэгдсэнээр тори 229-ийн цөмийн энергийн түвшнийг электронуудын нэгэн адил өөрчлөх боломжтой болсон байна.

Нэгэн туршилтынхаа үеэр эрдэмтэд JILA-ийн стронцийн атомын цагийг торийн цөм агуулсан талстай нэгтгэжээ. Ингэхдээ хэт улаан туяаг хэт ягаан туяа болгон хувиргаж чадсан байна. 

Тэд янз бүрийн давтамжийн хэт богино хэт улаан туяаны лазер импульсийг ашиглаж, нэг төрлийн давтамжийн замыг бий болгожээ. Энэхүү зам нь ксенон хийд хүрэх үед атомууд нь хэт ягаан туяа үүсгэдэг бөгөөд дараа нь "судалгааны төв элемент" болох талст руу чиглэдэг байна. "Бид өмнөх туршилтаас сая дахин илүү килохерцийн нарийвчлалд хүрсэн. Бид 2-3 жилийн дотор хамгийн сайн атомын цагийг давж гарна гэж найдаж байна" гэж Штрумм ярилаа. "Одоо үлдэж байгаа зүйл бол техникийн хөгжил бөгөөд санаа зовох томоохон саад бэрхшээл байхгүй" гэж тэрбээр дүгнэсэн байна.

Ирээдүйд энэ технологи нь бусад физик хэмжигдэхүүнийг илүү нарийвчлалтай хэмжих боломжийг олгоно. Жишээлбэл, ийм туйлын нарийвчлалыг ашиглан байгалийн үндсэн хуулиудыг судлахад, ялангуяа тодорхой физик тогтмолууд туйлын тогтмол эсэхийг тодорхойлох боломжтой болно.