Десятилетиями ученые работали над созданием огромного прорыва, который недавно был достигнут. Всего несколько месяцев назад ученые использовали измерение зазора между квантовыми энергетическими состояниями ядра тория для разработки первых ядерных часов.
Группа физиков успешно объединила стронциевые атомные часы с кристаллом, содержащим ядра тория, демонстрируя базовую технологию, которая станет основой для будущих ядерных часов.
Этот прорыв открывает новую область сверхточного измерения времени, что имеет большое значение для различных областей, начиная от навигации и заканчивая поисками темной материи.
Атомные часы работают на основе точного переключения атомов между энергетическими состояниями при помощи лазеров и опираются на состояния электронов в атомных ядрах. Однако изменение энергетических состояний ядра требует гораздо больше энергии, чем изменение состояний электронов.
Ядерные часы обещают быть более стабильными и точными, чем атомные, открывая новые возможности для более точных измерений в физической Вселенной.
Измерение разницы энергии между состояниями ядра тория было объявлено ранее в этом году, позволяя ученым определить необходимую энергию для изменения состояний ядер, что важно для создания ядерных часов.
Ученые успешно продемонстрировали создание часов на основе этой технологии, что является первым шагом в развитии ядерных часов.
Эти часы, созданные учеными, не являются полностью разработанными, но являются первым шагом в этом направлении. Работа стронциевых часов в JILA в Национальном институте стандартов и технологий основана на использовании инфракрасного света.
Исследователи создали маленький кристалл фторида кальция с ядрами тория, чьи энергетические состояния переключаются с помощью вакуумного ультрафиолетового света. Для соединения кристалла с атомными часами, ученым пришлось разработать метод преобразования инфракрасного света в ультрафиолетовый.
Используя частотную гребенку инфракрасных длин волн и ксеноновый газ, они смогли возбудить переход ядер тория и синхронизировать его с работой стронциевых атомных часов.
Полученное ядерное «тиканье» пока не так точно, как у стронциевых атомных часов, но с основным принципом продемонстрированным, технология уже близка к полной реализации, считают исследователи. Команда провела серию экспериментов, результаты которых соответствуют работе атомных часов, и сейчас их следующим шагом будет усовершенствование этой технологии.