Ядерные часы становятся ближе к реальности благодаря новым открытиям в физике

Ядерные часы точнее атомных часов.

Ядерные часы считаются гораздо более совершенными, чем атомные часы, которые определяют длительность секунды посредством скачков энергии в электронах атомов и в настоящее время являются вершиной хронометража.

Однако недавно исследователи разработали методику, которая позволяет повысить эту точность за счет инициирования и измерения колебаний в еще более сложной цели: ядре атома (ядро — это сердцевина атома).

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

Для создания ядерных часов учёные использовали ультрафиолетовый свет для возбуждения ядер атома тория-229 в твёрдом кристалле. Затем они измерили частоту импульсов энергии, падающих на ядро ​​(аналог маятника в обычных часах), и подсчитали длины волн в ультрафиолетовом свете с помощью инструмента, называемого оптической частотной гребёнкой.

Для генерации скачков энергии в ядрах требуется сигнал гораздо более высокой частоты, чем тот, который используется в атомных часах. Ожидается, что благодаря большему числу волновых циклов в секунду этот метод обеспечит более точное измерение времени.

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

По данным исследования, опубликованного 4 сентября в журнале Nature, прототип уже сейчас столь же точен, как атомные часы, а будущие версии, как ожидается, будут еще точнее и стабильнее.

«Есть несколько факторов, которые мы можем использовать для повышения точности», — сказал ведущий автор Чуанкунь Чжан, аспирант JILA, исследовательского центра, финансируемого Университетом Колорадо в Боулдере и Национальным институтом стандартов и технологий.

Физическая революция?

Как известно, точность атомных часов значительно выше точности обычных. На протяжении десятилетий атомные часы используются в технологии GPS для космических исследований и международного измерения времени.

Кроме того, точность и стабильность атомных часов предоставили ученым важные 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. Электромагнитные помехи могут нарушить движение возбуждённых электронов и повлиять на точность хода, говорит Чжан.

По словам доктора Ольги Кочаровской, почетного профессора физики Техасского университета A&M, которая не принимала участия в исследовании, эти поля, скорее всего, будут «подсказаны».

Она добавила, что ядерные часы не только точнее, но и проще и портативнее, поскольку в отличие от атомных часов им не требуются условия высокого вакуума, экстремальное охлаждение или защита от магнитных и электрических помех.

По словам ученых, хотя еще предстоит выполнить множество факторов, прежде чем ядерные часы превзойдут по точности атомные часы или заменят их, полученные данные показывают, что это время уже не за горами.

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