Учёные создали ядерные часы на изотопе тория-229
Две группы физиков, из Китая и Австрии, независимо друг от друга сообщили о работающих ядерных часах на основе тория-229. Это первый случай, когда исследователям удалось не просто наблюдать ядерный переход, а использовать его как опорный сигнал для стабилизации измерений. Если подход подтвердит масштабируемость, у метрологии появится новый класс стандартов времени с чувствительностью к эффектам, которые атомные часы фиксируют на пределе возможностей.
Обе команды использовали один и тот же физический объект, изотоп тория-229. Он давно считался главным кандидатом для ядерных часов, потому что его возбуждённое состояние лежит аномально низко по энергии для ядерной физики и в принципе доступно лазерному возбуждению. В обычных атомных часах опорой служат переходы электронов, а здесь речь идёт о переходе внутри ядра, которое намного слабее реагирует на внешние электрические и магнитные поля.
Эксперименты строились на кристаллах фторида кальция с внедрённым торием-229 и лазере в вакуумном ультрафиолете. Это самый неудобный участок задачи: рабочая длина волны около 148 нм, а стабильные лазерные системы в таком диапазоне остаются редкими и сложными. Китайская группа под руководством Бэйчэня Хуана сделала ставку на более мощный источник излучения, а европейская команда Лука Тоскани де Коля — на более высокую концентрацию ядер в кристалле.
Результаты различались по проверке установки. Китайские исследователи показали стабилизацию частоты лазера по ядерному переходу с уровнем порядка одной части на 10 трлн за сутки. Это ещё не рекорд лучших оптических атомных часов, которые в лабораториях NIST и JILA выходят на нестабильность около 10-18, но для новой платформы показатель достаточный, чтобы говорить о рабочем приборе, а не о демонстрации эффекта. Австрийская группа использовала ту же схему для поиска следов ультралёгкой тёмной материи через возможные периодические сдвиги энергии перехода и не нашла сигнала, зато показала чувствительность на уровне передовых атомных систем.
Интерес к торию-229 усилился после серии работ 2023—2024 годов, когда несколько групп уточнили энергию ядерного перехода и впервые добились его прямого возбуждения лазером. Нынешний результат закрывает следующий этап: переход стал опорой для часов, а не просто редким объектом спектроскопии. На практике такие системы рассматривают не только как эталон времени. Они подходят для тестов изменения фундаментальных констант, для сверхточной геодезии и для навигации, где разница в точности быстро превращается в метры и километры.
Мировой рынок атомных часов, по оценкам отраслевых исследователей, уже измеряется миллиардами долларов и растёт за счёт спутниковой навигации, телеком-инфраструктуры и оборонных систем. Ядерные часы в этот сегмент выйдут не скоро: сначала нужно повысить стабильность, упростить вакуумный ультрафиолет и перевести установку из лабораторной оптики в приборную платформу. Ответ на вопрос о сроках даст следующий цикл работ, вероятно, в ближайшие два-три года, когда группы покажут повторяемость и сравнение с лучшими оптическими стандартами.
