Учёные создали ядерные часы на основе атомных ядер тория

Две независимые группы исследователей в Вене и Пекине одновременно создали первые ядерные часы, которые отсчитывают время по «сжатию и разжатию» атомных ядер тория, тяжёлого радиоактивного элемента. Эти ядерные часы настолько точны, что потеряли бы одну секунду лишь за несколько миллионов лет. Результаты были опубликованы в журнале Nature.

Первые ядерные часы пока не вытеснят всемирную сеть атомных часов, на стабильный ход которых мы полагаемся в GPS и при определении секунды. Не стали они и самым точным хронометром: лучшие атомные часы примерно в 10 000 раз надёжнее и потеряли бы одну секунду лишь более чем за 100 миллиардов лет.

Ядерные часы работают, направляя лазер на ядро атома и отсчитывая, с какой частотой ядро переключается между двумя конфигурациями, называемыми изомерами. Для изменения конфигурации атомных ядер обычно требуется очень много энергии, но есть одно исключение: изотоп торий-229.

В 2003 году исследователи поняли, что следует искать резонансную частоту тория-229. Учёные решили направить на ядра лазер точно нужной частоты и заставить их колебаться между «сжатым» и «разжатым» состояниями. Подсчитывая эти быстрые колебания, можно было бы создать часы. После двух десятилетий поисков несколько групп исследователей определили резонансную частоту тория-229, соответствующую длине волны 148 нанометров, глубоко в ультрафиолетовой части спектра.

Последним необходимым элементом часов была петля обратной связи. Подобно тому как маятниковые часы постепенно замедляются и их приходится заводить, частота лазера может дрейфовать. Чтобы решить эту проблему, группы в Пекине и Вене разработали системы, позволяющие измерять и корректировать частоту лазера, стабилизируя ход часов.

Обе команды направили лазеры в кристалл, содержащий торий, и измерили быстрые колебания ядер. В итоге два подхода дали сходные результаты. Венские часы потеряли бы одну секунду за несколько миллионов лет. Пекинские оказались немного лучше: если бы они работали со времён падения астероида, уничтожившего динозавров 65 миллионов лет назад, то к сегодняшнему дню потеряли бы всего около двух секунд.

Исследователи ядерных часов рассчитывают, что характеристики этих первых устройств будут быстро улучшаться по мере появления более совершенных кристаллов и более мощных лазеров.

Если эта публикация вас вдохновила и вы хотите поддержать автора — не стесняйтесь нажать на кнопку