Ядерные часы становятся ближе к реальности благодаря новым открытиям в физике

Ядерные часы точнее атомных часов.

Ядерные часы считаются намного превосходящими атомные часы, которые определяют продолжительность секунды посредством энергетических скачков в электронах атома и в настоящее время являются вершиной хронометража.

Однако исследователи недавно разработали метод, позволяющий повысить точность измерений за счет запуска и измерения колебаний в еще более сложной мишени: ядре атома (ядро — это ядро ​​атома).

Как работают ядерные часы: Ученые измеряют частоту энергетических импульсов, воздействующих на ядро ​​атома, подсчитывая длины волн в ультрафиолетовом сигнале. Длины волн могут вызывать колебания ядерных переходов на более высоких частотах, что позволяет более точно отсчитывать время. Изображение: Национальный институт стандартов и технологий

Для создания ядерных часов ученые использовали ультрафиолетовое излучение для возбуждения ядер атома тория-229 в твердом кристалле. Затем они измерили частоту энергетических импульсов, воздействующих на ядро ​​— эквивалент маятника в обычных часах — и подсчитали длины волн в ультрафиолетовом свете с помощью прибора, называемого оптическим частотным гребнем.

Для создания энергетических скачков внутри ядра требуется сигнал гораздо более высокой частоты, чем тот, который используется в атомных часах. Ожидается, что благодаря большему количеству волновых циклов в секунду этот метод обеспечит более точные измерения времени.

Хотя ядерные часы все еще находятся в стадии разработки, ученые понимают, что они могут изменить не только хронометраж, но и физические исследования, и даже повлиять на то, как ученые изучают структуру Вселенной.

Согласно исследованию, опубликованному 4 сентября в журнале Nature, этот прототип теперь по точности сравним с атомными часами, а будущие версии, как ожидается, будут еще точнее и стабильнее.

«Мы можем улучшить несколько факторов, чтобы повысить точность», — сказал ведущий автор исследования Чуанкун Чжан, аспирант исследовательского центра JILA, финансируемого Университетом Колорадо в Боулдере и Национальным институтом стандартов и технологий.

Физическая революция?

Как известно, атомные часы намного точнее обычных часов. На протяжении десятилетий атомные часы используются в технологии GPS для исследования космоса и отслеживания международного времени.

Более того, точность и стабильность атомных часов предоставили ученым важнейшие инструменты для изучения землетрясений, гравитационных полей и пространства-времени.

Чтобы заставить работать ядерные часы, учёные использовали ультрафиолетовое излучение для возбуждения ядер атомов тория-229. Фото: JILA

Однако атомные часы также подвержены рассинхронизации. Автор Чжан утверждает, что электромагнитные помехи могут нарушить движение возбуждённых электронов и повлиять на точность хода часов.

По словам доктора Ольги Кочаровской, почетного профессора физики Техасского университета A&M, которая не принимала участия в исследовании, эти области, вероятно, будут «значительно улучшены».

Она добавила, что ядерные часы не только точнее, но и проще и портативнее, поскольку, в отличие от атомных часов, они не требуют высокого вакуума, экстремального охлаждения или защиты от магнитных и электрических помех.

По мнению ученых, хотя для того, чтобы ядерные часы превзошли или заменили атомные часы по своим характеристикам, еще предстоит соблюсти множество условий, эти результаты показывают, что до этого момента еще далеко.

Ха Чанг (по данным CNN)

Источник: https://www.congluan.vn/dong-ho-hat-nhan-den-gan-thuc-te-nho-nhung-dot-pha-vat-ly-moi-post312059.html