Физики впервые создали работающие ядерные часы

Физики из Европы и Китая независимо друг от друга создали первые в мире работающие ядерные часы — устройства, измеряющие время по колебаниям атомного ядра, а не электронов. Разработка может привести к появлению часов, превосходящих по точности современные атомные стандарты, а также открыть новые возможности для поиска тёмной материи и проверки фундаментальных законов физики. Препринт работы опубликован на портале arXiv.

На сегодняшний день самыми точными инструментами для измерения времени остаются атомные часы. Их работа основана на переходах электронов между энергетическими уровнями внутри атомов. Точность этих устройств поражает воображение: они способны отклониться менее чем на секунду за миллиарды лет.

Но учёные давно подозревали, что ещё более надёжным эталоном времени способны стать атомные ядра. В отличие от электронов, расположенных на внешних оболочках атома и чувствительных к внешним помехам, ядро надёжно экранировано от любых воздействий извне. Это делает его потенциально идеальным «маятником» для сверхточных часов.

Главным препятствием было то, что подавляющее большинство ядерных переходов требуют колоссальной энергии, недоступной современным лазерам. Счастливым исключением оказался изотоп тория-229. Ещё в 2003 году физики предположили, что именно его уникальные свойства позволят создать первые ядерные часы.

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

Обе команды использовали кристаллы фторида кальция, в которые были встроены ядра тория-229. Для управления ими применялось вакуумное ультрафиолетовое лазерное излучение.

Пока новые устройства ещё не превосходят лучшие атомные часы по точности. Однако учёные подчёркивают важную деталь: атомные часы совершенствуются уже около 70 лет, тогда как ядерные часы только-только появились на свет. По убеждению исследователей, технология доказала свою жизнеспособность и способна стремительно прогрессировать в ближайшие годы.

Авторы разработки уверены, что в перспективе такие приборы найдут применение не только в системах сверхточного измерения времени, но и в фундаментальной физике — в частности, при поиске тёмной материи и проверке того, остаются ли фундаментальные константы природы неизменными с течением времени.