Учёные на пороге грандиозного прорыва: ядерные часы становятся реальностью

Учёные из LMU в рамках международного сотрудничества сделали важный прогресс в области создания ядерных часов, которые могут открыть новые возможности для изучения фундаментальных сил Вселенной.

Атомные часы в настоящее время способны измерять время с такой точностью, что они теряют или прибавляют менее секунды за 30 миллиардов лет. Однако ядерные часы могут сделать измерение времени ещё более точным. "Мы говорим о силах, которые держат мир вместе в его основе," - говорит профессор Питер Тирольф, который уже много лет изучает ядерные часы.

На пути к первым ядерным часам Тирольф и его коллега доктор Сандро Краемер внесли важный вклад. Они успешно определили энергию возбуждения тория-229, который планируется использовать в будущем как элемент измерения времени в ядерных часах.

Основное принципиальное отличие ядерных часов от атомных в том, что первые регистрируют силы внутри атомного ядра. Из всех известных науке атомных ядер только ядро тория-229 может быть использовано для этой цели.

Особенность тория-229 заключается в том, что его ядро можно возбудить с использованием относительно низкой частоты света, которую можно получить при помощи УФ-лазеров. Исследование в этом направлении затянулось на 40 лет, пока в 2016 году группа Тирольфа не подтвердила возбуждённое состояние ядра тория-229.

Совершенствование связи между элементом измерения времени и механизмом часов является следующим этапом работы учёных. "Можно представить это как настройку вилки," объясняет Краемер. "Так же, как музыкальный инструмент пытается совпадать с частотой настройки вилки, так лазер пытается попасть на частоту ядра тория".

Для определения этой частоты исследователи использовали метод "гребёнки частот", который был разработан профессором Теодором Хеншем, коллегой Тирольфа из LMU, который в 2005 году был награждён Нобелевской премией за эту работу.

"Мы теперь знаем примерную длину волны, которую нам нужна," - говорит Тирольф. Он добавляет, что следующей задачей будет создание возбуждения при помощи лазера, а затем поиск нужной частоты с увеличивающейся точностью при помощи более точных лазеров.

При удачном завершении проекта возможны не только новые направления в фундаментальных физических исследованиях, но и практические приложения. С помощью ядерных часов учёные смогут обнаруживать самые малые изменения в гравитационном поле Земли, которые происходят, например, при сдвиге тектонических плит или перед вулканическими извержениями. Первые прототипы могут появиться менее, чем через десять лет. "Мы даже можем успеть к переопределению секунды в 2030 году," - надеются физики.