Физики впервые создали работающие ядерные часы

Китайские и европейские исследователи независимо друг от друга достигли давней цели в физике — они создали работающие ядерные часы. По точности они могут превзойти атомные.

Ядерные часы могут превзойти по точности существующие атомные Источник: Unsplash

Атомные часы на сегодняшний день остаются самыми точными из доступных. Ядерные часы, в теории, могли бы работать по тому же принципу, но вместо атомных энергетических уровней они бы отсчитывали время по переходам между уровнями протонов и нейтронов внутри ядра. Оно более изолировано от окружающей среды, чем электроны вокруг него. То есть ядро менее подвержено помехам от электрических и магнитных полей, что позволило бы более точно определять время.

В периодической таблице только торий-229 подходит для создания более совершенных часов. Энергетический скачок внутри его ядра подходит по величине для измерения с помощью лазерного излучения. Но физики до сих пор сталкивались со сложностями в создании ядерных часов, в частности, потому, что необходимый лазерный свет находится в ультрафиолетовой части спектра, которым сложно управлять.

Исследовательские группы из Университета Цинхуа (Китай) и Венского центра квантовой науки и технологий (Австрия) независимо друг от друга смогли заставить ядерные часы работать, для их создания ученые использовали тот самый торий-229. Об исследованиях рассказывает издание Phys.org.

Команды внедрили ядра тория-228 в кристаллы фторида кальция и исследовали их с помощью точного лазера непрерывного действия с волной около 148 нм. Китайские ученые использовали более мощный лазер, а европейская работала с кристаллом с более высокой концентрацией ядер тория.

Отличались и подходы к проверке часов. Физики из поднебесной показали, что их устройство может стабилизировать частоту вакуумного ультрафиолетового лазера. Они зафиксировали ее на ядерном переходе с относительной нестабильностью, которая близка к одной части на 10 трлн после суток работы.

Ученые из Австрии использовали часы для поиска сверхлегкой темной материи — теоретических частиц, которые могут составлять большую часть массы Вселенной. Для своего исследования авторы искали небольшие сдвиги в энергии перехода тория. Сигнала с темной материи не последовало, но чувствительность соответствовала существующим атомным часам и даже превосходила ее.

Специалисты надеются: если технологию удастся усовершенствовать и получится уменьшить часы в размерах, то в будущем их можно будет применять в навигационных системах, гравитационном зондировании и проверке фундаментальных физических явлений, которые пока недоступны для приборов.