Wiens kerneur tikker, men vakler

To forskerhold offentliggjorde 7. oktober 2026 i Nature, at de har bygget ure, som løbende holder sig indstillet efter atomkernen (artikel fra Wien, artikel fra Beijing). Wiens prototype fortsatte i mere end 24 timer, uden at nogen greb ind (hele artiklen fra Wien, Pro-Physik). Begge ure er stadig langt mindre stabile end de bedste atomure. Til gengæld giver de en ny målestok, som kan hjælpe forskerne med at undersøge, om fysikkens grundlæggende konstanter ændrer sig.

Forestil dig en sanger, der holder en tone op mod en stemmegaffel. Når stemmen glider, hører sangeren forskellen og retter ind. Optiske atomure fungerer på samme måde: En laser holder takten, mens et spring mellem to energiniveauer i atomets elektroner fungerer som stemmegaffel.

Med thorium-229 sidder stemmegaflen i stedet inde i atomkernen. Kernen kan springe mellem to tilstande, når den rammes af ultraviolet lys med en bølgelængde tæt på 148 nanometer (meddelelse fra PTB). Begge forskerhold indlejrede thorium i krystaller af calciumfluorid, et gennemsigtigt materiale, der holder atomerne på plads. Når laseren rammer den helt rigtige frekvens, optager kernerne en smule af lyset, der passerer gennem krystallen.

Den svage dæmpning af lyset bliver urets målesignal. Elektronik ændrer laserens frekvens en smule i begge retninger, mens en detektor måler, om lyset dæmpes mest på den ene eller den anden side. Det viser styringen, hvilken vej laseren skal justeres for at ramme midten igen, ligesom sangeren kan høre, om tonen er for høj eller for lav.

I 2024 viste forskere, at en laser overhovedet kunne sætte dette spring i atomkernen i gang (artikel om excitationen i 2024). Det nye skridt, som vi beskrev onsdag (To Brief), er en reguleringssløjfe, der kører hele tiden. Så længe uret er i drift, holder atomkernen laseren indstillet.

To laboratorier, to metoder til at stabilisere laseren

I Wien er opgaven delt mellem to systemer. Et optisk hulrum, hvor to spejle står over for hinanden og holder lyset fanget, dæmper laserens hurtige udsving. Thoriumsignalet retter derefter op på den langsomme drift, som hulrummet ikke selv kan fange (TU Wien). TU Wien fremstillede krystallen, mens Tysklands metrologiske institut PTB byggede ultravioletlaseren sammen med Berlins Max Born-institut (forskningsgruppe ved PTB).

Forskerholdet i Beijing, ledet af Tsinghua University (Tsinghua), målte en lavere ustabilitetskoefficient end holdet i Wien. Tallet viser, hvor meget urets takt svinger, når man måler over korte tidsrum; jo lavere tallet er, desto bedre. Beijing nåede 5 × 10⁻¹³ (Science Media Centre) mod Wiens 3 × 10⁻¹² (hele artiklen fra Wien).

Beijing-holdet sammenlignede også to krystaller, der var dyrket hver for sig. Frekvenserne afveg kun 2,8 × 10⁻¹³ relativt (artikel fra Beijing). To stemmegafler fra forskellige værksteder gav altså næsten samme tone. Det er et tidligt tegn på, at den nukleare målestok kan genskabes fra prøve til prøve.

Stadig langt efter atomurene

Sammenlignet med de bedste ure, der bygger på elektroner, svinger begge prototyper langt mere. Et aluminium-ion-ur fra NIST er så stabilt, at ustabiliteten i Wien er omtrent 8.600 gange større og Beijings omtrent 1.400 gange større (NIST, artikel fra NIST om aluminium-ion-uret).

I Wien stødte forskerne også på et vedvarende problem med materialet. Når de ændrede laserens bane gennem krystallen, flyttede den målte frekvens sig med op til cirka 1,7 kilohertz. Det er mere, end måleusikkerheden kan forklare, og skyldes sandsynligvis spændinger og fejl i krystallen (hele artiklen fra Wien). Forskerne skal nu undersøge, om bedre dyrkede krystaller og mere præcis styring af laserens bane kan mindske forskydningen.

Hvorfor fortsætte med et ur, der halter så langt efter? Når man sammenligner to ure, der bygger på forskellig fysik, kan de tilsammen fungere som en detektor. Wien-holdet kørte sit ur sideløbende med et ytterbium-ion-ur hos Østrigs metrologiske kontor, BEV. Det andet ur fungerede kun som målestok og indgik ikke i reguleringen af laseren. Forskerne peger på, at atomkernens overgang vil reagere anderledes end elektronbaserede ure, hvis naturens konstanter ændrer sig (artikel fra Wien).

Nogle modeller for mørkt stof forudsiger netop den slags ændringer, som langsomme svingninger. Wien-holdet ledte efter sådanne svingninger ved at sammenligne urene, men fandt ingen, der nåede grænsen for, hvad forsøget kunne måle. Resultatet sætter en øvre grænse for, hvor stærk effekten kan være; det er ikke en opdagelse.

Sekundet er stadig officielt defineret ved hjælp af cæsiumatomer, og de nye prototyper ændrer ikke på det (BIPM). Wien har vist, at en atomkerne kan holde en laser indstillet gennem et helt døgn, og Beijing, at to krystaller kan stemme tæt overens. Nu skal krystal- og laserudviklerne få atomkernens tone til at være den samme fra prøve til prøve.