|
Наконец-то превзошли атомные часы
|
|
|
|
Почти 80 лет назад атомные часы, впервые созданные Национальным бюро стандартов США (ныне Национальный институт стандартов и технологий, или NIST), произвели революцию в измерении времени. С тех пор, используя резонансную частоту атомов, исследователи по всему миру неуклонно совершенствовали атомные часы. Одна исследовательская группа даже создала часы на основе ионов алюминия, способные измерять время с точностью до 19-го знака после запятой.
|
|
|
|
Теперь два новых независимых исследования возвещают о новой эре измерения времени — эре ядерных часов, устройств, основанных на колебаниях ядра, а не электронов. Этот прорыв может не только сделать часы еще более точными, но и создать важную платформу для изучения истинной природы темной материи.
|
|
|
|
В 2003 году физики Эккехард Пейк и Кристиан Тамм из Федерального физико-технического института (по сути, немецкого аналога NIST) впервые предположили, что ядро ??атома может обеспечить даже более точную платформу для измерения времени, чем электроны. Поскольку атомные ядра меньше атомов, они менее восприимчивы к внешним воздействиям (например, электромагнитным полям), чем электроны, чьи колебания между квантовыми состояниями лежат в основе атомных часов.
|
|
|
|
|
|
|
Главной проблемой, которая продолжала мучить ученых, было то, что переключение ядер между двумя состояниями требует больше энергии, чем может обеспечить лазер — за исключением, как предположили Пейк и Тамм, тория-229, который имеет два состояния с очень похожей энергией. После более чем 20 лет усилий группа ученых из Венского технического университета (совместно с экспертами из NIST и исследовательского института JILA при Университете Колорадо в Боулдере) в 2024 году успешно создала прототип часов на основе тория-229. Однако, хотя часы могли «тикать», они не могли надежно отсчитывать время.
|
|
|
|
«Наша цель заключалась в разработке новой технологии. Как только она создана, повышение качества происходит естественным образом, так было всегда», — сказал тогда Торстон Шумм, соавтор исследования 2024 года из Венского технического университета. «Первые автомобили были не быстрее карет. Все дело было во внедрении новой концепции. И именно этого мы сейчас достигли с ядерными часами […] мы ожидаем превзойти лучшие атомные часы через 2-3 года».
|
|
|
|
Теперь Шумм и его команда — вместе с независимой исследовательской группой в Китае — выполняют это обещание. Как сообщает Science News, команды исследователей усовершенствовали метод регулировки частоты лазера — который, по сути, действует как маятник старинных часов — путем внедрения обратной связи.
|
|
|
|
«В режиме работы часов лазер стабилизируется на частоте исследуемого ядерного перехода с помощью обратной связи, которая корректирует остаточную нестабильность или дрейф резонатора», — написала команда Шумма в препринте, загруженном на сервер arXiv.
|
|
|
|
Поскольку ядра преимущественно подвержены воздействию сильного ядерного взаимодействия, ядерные часы могут выявлять небольшие вариации фундаментальных констант (определяющих силу сильного ядерного взаимодействия), которые, в свою очередь, могут указывать на существование темной материи.
|
|
|
|
«Благодаря повышенной чувствительности перехода тория-229 эти ограничения конкурируют с лучшими атомными часами, касающимися связи темной материи с фотонами, и превосходят предыдущие измерения, касающиеся связи с сильным взаимодействием и кварками», — написали Шумм и его команда.
|
|
|
|
Эпоха ядерных часов уже наступила.
|
|
|
|
Источник
|
