За последние годы в области сверхточного измерения времени произошел колоссальный прорыв. Современные оптические атомные часы в сотни раз превосходят по точности стандартные атомные часы, используемые по всему миру. Однако ученые не останавливаются на достигнутом и работают над созданием еще более точных – ядерных часов.
Принцип работы атомных часов
Секрет экстремальной точности измерения времени кроется в способности фиксировать почти мгновенные ритмы. В атомных часах этот ритм определяется переходами электронов между энергетическими уровнями.
- Традиционные атомные часы используют микроволны и атомы цезия.
- Оптические атомные часы применяют различные длины волн и другие атомы, что обеспечивает гораздо большую точность.
Переход к ядерным часам
В ядерных часах изменения энергетических уровней происходят в ядре атома, которое значительно стабильнее электронных оболочек. Обычно для таких переходов требуются высокоэнергетические рентгеновские лучи. Однако изотоп торий-229 уникален:
- Он обладает самым низким энергетическим переходом среди всех атомов.
- Для его возбуждения достаточно ультрафиолетового света, что существенно упрощает работу с ним.
Прорыв в исследованиях
Долгое время точная частота перехода тория-229 оставалась неизвестной. Недавно ученые совершили прорыв:
- Использовали сверхточные оптические атомные часы.
- Применили кристалл с торием-229.
- С помощью лазера измерили точное значение частоты перехода.
Это стало первым ключевым шагом к созданию принципиально нового метода измерения времени.
Перспективы и применение
Ведущий автор исследования Цзюнь Йе из Национального института стандартов и технологий отмечает:
«Представьте себе наручные часы, которые не потеряют ни секунды, даже если проработают миллиарды лет. Хотя мы еще не достигли такой точности, это исследование значительно приближает нас к этой цели».
Сверхточное измерение времени имеет множество практических применений:
- Улучшение банковских систем;
- Совершенствование навигационных технологий;
- Ускорение интернет-соединений;
- Повышение безопасности систем связи.
Заключение
Торстен Шумм из Венского технологического университета, соавтор исследования, подчеркивает:
«Этим первым прототипом мы доказали возможность использования тория в качестве хронометра для ультравысокоточных измерений. Теперь остается лишь техническая разработка, и мы не предвидим серьезных препятствий на пути».
Хотя до создания полноценных ядерных часов еще далеко, эта демонстрация открывает новую эру в измерении времени, обещая революционные изменения во многих областях науки и техники.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
