Ядерные часы сами стабилизируют лазер и ошибаются на секунду за 30 млн лет
Кристалл с ядрами тория помог учёным Венского технического университета собрать ядерный хронометр, который самостоятельно удерживает частоту лазера.
Прототип обходился без внешней стабилизации больше суток. Его точность пока ниже, чем у лучших оптических атомных часов.
В новой системе лазер сверяет частоту с переходами между энергетическими состояниями ядер тория. Когда частота соответствует нужному переходу, ядра поглощают лазерное излучение. Если частота меняется, поглощение ослабевает. Система замечает отклонение и корректирует лазер.
Для установки учёные изготовили специальный кристалл с атомами тория. Ядра в нём выполняют роль, которую в обычных атомных часах играют электронные переходы. Измеренная относительная ошибка прототипа соответствует примерно одной секунде за 30 млн лет. Это расчётный эквивалент точности, а не результат испытаний, которые длились миллионы лет.
Как устроены ядерные часы
Технология основана на редком свойстве тория: разница энергий между двумя состояниями его ядер настолько мала, что переход между ними можно вызвать лазером. Для большинства атомных ядер такие переходы требуют гораздо большей энергии. Ядра при этом более чем в 10 000 раз меньше атомов и слабее подвержены некоторым внешним воздействиям, влияющим на точность измерений.
Работа над ядерным эталоном времени проходила в несколько этапов. В апреле 2024 года учёные впервые экспериментально вызвали переход в ядрах тория с помощью лазерного излучения. Осенью того же года они связали установку с обычными оптическими атомными часами и подтвердили, что ядра тория можно использовать как эталон времени. Теперь команда продемонстрировала самостоятельную стабилизацию лазера.
Авторы рассчитывают улучшить характеристики установки с помощью более мощных лазеров и кристаллов тория более высокого качества. В перспективе ядерные часы могут превзойти существующие атомные стандарты времени и повысить точность измерений других физических величин.
