Физики создали первые ядерные часы на основе тория

Венские физики представили миру первые действующие ядерные часы. В отличие от атомных, новое устройство использует колебания ядра тория, а не электронов. Разработка, занявшая более двадцати лет, обещает перевернуть представления о точности хронометража и открывает новые горизонты в фундаментальной физике.

Как работает революционный хронометр

Сердцем прибора стал кристалл фторида кальция с внедренным торием. Ультрафиолетовый лазер, управляемый системой обратной связи, настраивается на ядерную частоту тория. Лазер попеременно излучает две частоты — выше и ниже расчетной. Когда ядро поглощает обе частоты равномерно, система работает идеально. Любой дисбаланс сигнализирует о рассогласовании, и электроника мгновенно корректирует настройки лазера.

Почему ядро, а не электроны

Атомные ядра обладают колоссальной энергией по сравнению с электронными оболочками. Для их возбуждения требуется гораздо более точное воздействие. Это свойство делает ядерные часы невероятно стабильными: теоретически они способны сохранять точность на протяжении сотен миллиардов лет. Выбор пал на торий, так как его ядро можно возбудить с помощью относительно маломощного лазера, что невозможно для большинства других элементов.

Первые результаты и перспективы

Прототип проработал автономно целые сутки без вмешательства человека — ранее ни одни оптические часы не демонстрировали такой надежности. Текущая погрешность устройства составляет десятки секунд на миллиард лет, что пока уступает лучшим атомным эталонам. Однако авторы уверены: внедрение более совершенных лазеров и электроники позволит повысить точность на несколько порядков.

Простота и устойчивость к помехам

Главное практическое преимущество — работа при комнатной температуре. Атомные часы требуют сложных систем охлаждения до сверхнизких температур и вакуумных камер. Ядерные часы лишены этих ограничений, что значительно упрощает их миниатюризацию. Это открывает путь к установке сверхточных хронометров на спутники для проверки теории относительности.

Охота на темную материю

Ядро, защищенное электронной оболочкой, необычайно чувствительно к внешним физическим полям. Исследователи уже использовали эту особенность для поиска частиц темной материи. Если темная материя взаимодействует с обычной материей через электромагнитную силу, она должна влиять на энергетические переходы в ядре тория. Это вызовет регистрируемое смещение рабочей частоты часов, что станет прямым доказательством существования загадочного вещества.