Физики из Европы и Китая независимо друг от друга создали работающие ядерные часы на основе тория-229. В отличие от обычных атомных часов, новые устройства отсчитывают время по изменениям энергии не электронов, а атомных ядер. О результатах обе группы сообщили в препринтах, опубликованных на arXiv.
Атомные часы, появившиеся в 1950-х годах, используют переходы электронов между энергетическими состояниями под действием лазера. Их точность настолько высока, что они способны работать миллиарды лет без потери 1 секунды. При этом электроны находятся на внешней части атома и сильнее подвержены влиянию окружающей среды.
Ядро атома расположено в его центре и лучше защищено от внешних воздействий. Поэтому ядерные часы в перспективе могут оказаться стабильнее существующих атомных устройств. Кроме того, такая технология может использоваться для исследования темной материи и возможных изменений фундаментальных констант природы.
Для экспериментов ученые выбрали торий-229, обладающий необычно низкоэнергетическим переходом, доступным для точной лазерной спектроскопии. В 2024 году исследователи из Австрии и Германии смогли вызвать этот переход и добиться «тиканья» ядра. Следующей задачей стало создание полноценного прибора, способного непрерывно отсчитывать время.
Обе команды разместили ядра тория-229 в кристаллах фторида кальция и воздействовали на них вакуумным ультрафиолетовым лазером. Европейские специалисты собрали автономные часы, которые стабилизировали частоту лазера, и сравнили их работу с атомными часами на ионах иттербия. Также устройство применили для поиска следов гипотетической сверхлегкой темной материи.
Китайская группа проверила часы на 2 независимо изготовленных кристаллах. Полученные частоты почти совпали, что указывает на возможность создания воспроизводимых ядерных стандартов времени. Новые устройства пока не превосходят лучшие атомные часы по точности, однако подтвердили практическую работоспособность технологии.
