arXiv: впервые созданы часы, измеряющие время по вибрациям атомного ядра

Физики из Европы и Китая независимо друг от друга создали первые в мире работающие ядерные часы — устройство, измеряющее время по колебаниям атомного ядра, а не электронов. Эта разработка может привести к созданию часов, которые по точности превысят нынешние атомные стандарты, а также откроет новые возможности для поиска темной материи и проверки фундаментальных законов физики. Препринт работы опубликован на портале arXiv.

Однако ученые уже давно предполагали, что атомные ядра могут стать еще более стабильным стандартом времени. В отличие от электронов, которые расположены на внешних оболочках атома и подвержены воздействиям окружающей среды, ядро ​​надежно защищено от внешних воздействий. Это делает его потенциально идеальным «маятником» для сверхточных часов.

Проблема заключалась в том, что большинство ядерных переходов требуют слишком высокой энергии и недоступны современным лазерам. Исключением стал изотоп торий-229. Еще в 2003 году физики предположили, что его уникальные свойства позволят создать первые ядерные часы.

В 2024 году ученым удалось вызвать необходимый переход в ядре тория-229 и зафиксировать его «тиканье». Теперь две независимые группы исследователей сделали следующий шаг — превратили этот эффект в полноценный прибор для измерения времени.

Обе команды использовали кристаллы фторида кальция с ядрами тория-229. Для управления ими использовалось вакуумное ультрафиолетовое лазерное излучение.

Пока новые устройства еще не превзошли по точности лучшие атомные часы. Однако ученые отмечают, что атомные часы разрабатываются уже около 70 лет, а ядерные часы появились только сейчас. По мнению исследователей, технология доказала свою эффективность и может быстро развиваться в ближайшие годы.

Авторы полагают, что в будущем подобные устройства найдут применение не только в сверхточных системах измерения времени, но и в фундаментальной физике — например, в поиске темной материи и проверке того, остаются ли фундаментальные константы природы неизменными с течением времени.

Ранее физики впервые разгадали природу самого энергетически мощного объекта во Вселенной.