Ядерні годинники наближаються до реальності завдяки новим проривам у фізиці

Ядерні годинники точніші за атомні.

Ядерний годинник вважається набагато потужнішим за атомний годинник, який визначає тривалість секунди за допомогою стрибків енергії в електронах атомів і наразі є вершиною хронометражу.

Однак нещодавно дослідники розробили метод, який може покращити цю точність, запускаючи та вимірюючи коливання в ще складнішій цілі: ядрі атома (ядро є ядром атома).

Як працює ядерний годинник: Вчені вимірюють частоту енергетичних імпульсів, що впливають на ядро ​​атома, підраховуючи довжини хвиль в ультрафіолетовому сигналі. Довжини хвиль можуть викликати коливання ядерних переходів на вищих частотах, що дозволяє точніше вимірювати час. Зображення: Національний інститут стандартів і технологій

Для ядерного годинника вчені використовували ультрафіолетове світло для збудження ядер атома торію-229 у твердому кристалі. Потім вони виміряли частоту енергетичних імпульсів, що потрапляють на ядро ​​— еквівалент маятника у звичайному годиннику — і підрахували довжини хвиль ультрафіолетового світла за допомогою інструменту, який називається оптичним гребінцем частот.

Для генерації стрибків енергії в ядрах потрібен сигнал набагато вищої частоти, ніж той, що використовується для атомних годинників. Очікується, що завдяки більшій кількості хвильових циклів за секунду цей метод забезпечить точніші вимірювання часу.

Хоча ядерний годинник все ще перебуває в розробці, вони усвідомлюють, що він може змінити не лише хронометраж, а й фізичні дослідження, навіть вплинувши на те, як вчені вивчають структуру Всесвіту.

Згідно з дослідженням, опублікованим 4 вересня в журналі Nature, прототип вже має таку ж точність, як атомний годинник, а майбутні версії, як очікується, будуть ще точнішими та стабільнішими.

«Є кілька факторів, які ми можемо використовувати для підвищення точності», — сказав провідний автор Чуанькунь Чжан, аспірант JILA, дослідницького центру, що фінансується Університетом Колорадо в Боулдері та Національним інститутом стандартів і технологій.

Фізична революція?

Як добре відомо, точність атомних годинників набагато вища, ніж у звичайних годинників. Протягом десятиліть атомні годинники використовувалися в технології GPS для дослідження космосу та міжнародного вимірювання часу.

Крім того, точність і стабільність атомних годинників надали вченим важливі інструменти для вивчення землетрусів, гравітаційних полів та простору-часу.

Щоб запрацював ядерний годинник, вчені використовували ультрафіолетове світло для збудження ядер атомів торію-229. Фото: JILA

Однак, атомні годинники також схильні до десинхронізації. Електромагнітні перешкоди можуть порушувати роботу збуджених електронів і впливати на точність вимірювання часу, каже Чжан.

Ці галузі, ймовірно, будуть «підказані», сказала докторка Ольга Кочаровська, почесна професорка фізики Техаського університету A&M, яка не брала участі в дослідженні.

Атомні годинники не тільки точніші, але й простіші та портативніші, додала вона, оскільки, на відміну від атомних годинників, вони не потребують умов високого вакууму, екстремального охолодження чи екранування від магнітних та електричних перешкод.

За словами вчених, хоча ще є багато факторів, які необхідно виконати, перш ніж ядерні годинники перевершать продуктивність атомних годинників або замінять їх, ці висновки демонструють, що цей час недалекий.

Хачанг (за даними CNN)

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