كيف تشغّل بلّورة الثوريوم الساعات النووية ✛ ✎ ✦
نواة الذرة، بعد حصولها على طاقة زائدة، تُصدرها عادةً على شكل ضوء. لكن هناك مسار آخر، اكتشفته ليزا مايتنر: تقذف النواة أحد إلكتروناتها إلى الخارج — وتُعرف هذه العملية باسم التحويل الداخلي. في الجسم الصلب، يصبح الإلكترون الهارب الوسيلة الرئيسية لتفريغ الطاقة.
نواة الثوريوم-229 فريدة من نوعها: حالتها المُثارة تكاد تكون في القاع، أشبه بهمس على حافة الصمت. هذه الطاقة تكفي فقط لوميض فوق بنفسجي خافت، لذا فإن مصير النواة يعتمد كلياً على البيئة الإلكترونية المحيطة بها. أظهرت حسابات نموذج حاسوبي لبلورة ThO₂ أن 'الوادي الطاقي' الضيق بين النطاقات يُسرّع عملية التحويل إلى ميكروثوانٍ، بينما الوادي الواسع يُطيلها مئات المرّات. بتغيير المادة، يُمكن التحكم في هذه العملية عبر تغيير ارتفاع الوادي.
هذا التأخير المُتحكّم به يُحوّل البلّورة إلى ساعة نووية. وستعمل هذه الساعات كـمقاييس كمومية للبحث عن المادة المظلمة واختبار النموذج المعياري. وعلى عكس الساعات العادية، ستستطيع هذه الساعات الشعور بتباطؤ الزمن الناتج عن الجاذبية عند الصعود بضعة طوابق — يكفي دمجها في مستشعر كمومي.
الأمر الأكثر إثارة أن طاقة نواة الثوريوم-229 يمكن 'إيقاظها' باستخدام ليزر عادي أو حتى بتسخينها إلى بضعة آلاف من الدرجات — فهي بالغة الصغر بمقاييس الطاقة النووية.