Учёные из Синьцзянского университета в Китае разработали новый кристалл, который может стать ключевым элементом в создании сверхточных ядерных часов. Такие часы позволят подводным лодкам, ракетам и космическим аппаратам ориентироваться в пространстве без использования спутниковых систем навигации.
В основе современных систем GPS лежит точный отсчёт времени: устройство принимает сигналы со спутников и вычисляет местоположение по времени их прохождения. Чем точнее часы — тем точнее навигация. Однако GPS-системы имеют уязвимости: их можно заглушить или подменить фальшивыми сигналами, а под водой и под землёй они и вовсе не работают. Подводным лодкам приходится всплывать на поверхность, чтобы получить сигнал, — что делает их крайне уязвимыми.
Нынешние атомные часы фиксируют время по колебаниям электронов вокруг атомного ядра. Ядерные часы используют колебания самого ядра, что теоретически даёт точность в 10–1000 раз выше. Ядра атомов более стабильны, меньше подвержены влиянию температуры, вибраций и магнитных полей.
Для создания ядерных часов учёные обратились к изотопу торий-229, ядро которого колеблется на очень низком энергетическом уровне — это делает его удобным для измерений. Однако для точной работы с ним необходимы ультрафиолетовые лазеры с длиной волны около 148,3 нанометра, создать которые крайне сложно. Именно здесь и пригодился новый кристалл на основе фторированного бората: он способен преобразовывать лазерный свет в ультрафиолетовое излучение с длиной волны 145,2 нанометра, превзойдя предыдущий мировой рекорд в 150 нанометров, сообщает Interesting Engineering.
«Фторборатное соединение способно усиливать лазерный свет до рекордной длины волны в 145,2 нанометра. Эта длина волны достаточно коротка, чтобы соответствовать ключевому требованию для сверхточных переносных часов, разрабатываемых в США, Китае и других странах», — пояснили авторы разработки.
Если целевая отметка в 148,3 нанометра будет достигнута, это откроет путь к так называемой счислимой навигации с чрезвычайно высокой точностью: местоположение будет определяться на основе скорости, направления и времени движения без какой-либо внешней привязки. Помимо этого, в качестве навигационных ориентиров можно будет использовать сигналы звёзд, пульсаров и радиоисточников. Для ракет подобная технология означала бы полную защиту от систем подавления навигации. Космические аппараты получили бы возможность самостоятельно ориентироваться в дальнем космосе без поправок с Земли.
