Подводные лодки станут невидимыми: ядерные часы на тории‑229 позволят им месяцами не всплывать

Представьте подводную лодку, которая месяцами скользит в глубинах океана и точно знает своё местоположение – без единого сигнала со спутника. Именно к такому будущему приближает новое открытие китайских учёных из Синьцзянского университета, которые создали кристалл, способный приблизить человечество к созданию ядерных часов невероятной точности.

Нынешние системы навигации – будь то смартфон или военный корабль – опираются на GPS: устройство принимает сигналы от спутников и по времени их прохождения вычисляет своё положение в пространстве. Чем точнее часы, тем точнее навигация. Проблема в том, что GPS легко заглушить помехами или обмануть поддельными сигналами. Под водой и под землёй спутниковый сигнал и вовсе не работает.

Современные подводные лодки используют атомные часы, которые отсчитывают время по колебаниям электронов вокруг атомов. Учёные давно предполагают, что ядерные часы – работающие на колебаниях атомных ядер – могут оказаться в 10–1000 раз точнее. Атомные ядра устойчивее электронов: на них меньше влияют температура, вибрация и магнитные поля.

Ключом к созданию такого прибора стал торий-229 – элемент, чьё ядро колеблется на очень низком уровне энергии, что делает измерения относительно доступными. Загвоздка в том, что для работы с торием необходим ультрафиолетовый лазер с длиной волны около 148,3 нанометра – получить такое излучение крайне сложно.

Новый кристалл на основе фторированного бората преобразует обычный лазерный свет в ультрафиолет с длиной волны 145,2 нанометра. До заветных 148,3 нм пока не хватает совсем чуть-чуть, однако кристалл уже побил прежний мировой рекорд в 150 нанометров. По словам разработчиков, полученная длина волны уже соответствует ключевому требованию для сверхточных портативных часов, над которыми параллельно работают в США, Китае и других странах.

Если учёным удастся достичь нужного показателя, откроется возможность для навигации методом счисления пути: зная скорость, направление и точное время движения, можно вычислить положение без какой-либо внешней связи. В качестве ориентиров можно использовать сигналы звёзд, пульсаров и радиоисточников. Подводные лодки смогут маневрировать на глубине, не всплывая. Ракеты получат защиту от радиопомех. Космические аппараты смогут прокладывать курс в дальнем космосе без поправок с Земли.