Прорыв: ученые создали первый в мире прототип ядерных часов
Огромный прорыв, который совершался десятилетиями, был сделан всего несколько месяцев назад, и ученые уже осознают его потенциал: измерение разрыва между квантовыми энергетическими состояниями ядра тория было использовано для создания самого первого, элементарного элементарного ядра тория. ядерные часы.
Соединив атомные часы стронция с кристаллом, содержащим ядра тория, группа физиков успешно продемонстрировала основную технологию, которая приведет нас к первым полностью реализованным и разработанным ядерным часам.
>
Эта веха – еще не достигнутая – откроет совершенно новую сферу сверхточного измерения времени.
«С этим первым прототипом мы доказали: торий можно использовать в качестве хронометриста. для сверхточных измерений», — объясняет физик Торстен Струмм из Венского технологического университета.
«Все, что остается сделать, — это технические разработки, и больше никаких серьезных препятствий ожидать не приходится».
Атомные часы — это часы, которые основаны на очень точном «тикании» атомов, когда они переключаются между энергетическими состояниями при стимулировании лазером, что определяется состояниями электронов, которые вращаются вокруг ядра атома. ядра.
Однако этого гораздо сложнее достичь с самим ядром, поскольку для изменения его энергетического состояния требуется гораздо больше энергии, чем для изменения энергетического состояния электронов.
Этого гораздо сложнее достичь с самим ядром.
>
Однако ядерные часы весьма желательны, поскольку они были бы намного более стабильными и точными, чем атомные часы. В свою очередь, ядерные часы позволят более точно измерить физическую Вселенную, что имеет значение для всего: от навигации до поиска темной материи.
Измерение скачка энергии – разницы между энергетическими состояниями – о ядре тория было объявлено ранее в этом году. И это позволило Страмму и его коллегам определить точную энергию, необходимую для создания изменения энергетических состояний, механизма, по которому тикают ядерные часы.
Следующим шагом было продемонстрировать, что они могут создать часы от этого тикания, и именно это сейчас сделали Страмм и его коллеги.
Часы, которые они продемонстрировали, — это не полный опыт ядерных часов, а первые шаги в этом направлении. Стронциевые часы в JILA в Национальном институте стандартов и технологий работают с использованием инфракрасного света.
Команда создала небольшой кристалл фторида кальция, содержащий ядра тория, энергетические состояния которого переключаются с помощью вакуумного ультрафиолетового света.
Чтобы соединить кристалл с атомными часами, исследователям нужно было найти способ преобразования инфракрасного света в ультрафиолетовый. Они сделали это, создав гребенку частот инфракрасных волн и пропустив ее через ксенон, который взаимодействует с инфракрасным светом, излучая ультрафиолетовые волны.
Результатом стала комбинированная гребенка частот, которая могла возбуждать переход ядра тория и синхронизировать его с тиканием атомов стронция.
Получающееся в результате ядерное тиканье не более точно, чем атомные часы стронция, но теперь, когда основная концепция была продемонстрирована, реальная технология уже на горизонте – и очень близки к полной реализации, говорят исследователи.
«Представьте себе наручные часы, которые не потеряют ни секунды, даже если вы оставите их включенными в течение миллиардов лет. Хотя мы не совсем И все же, это исследование приближает нас к этому уровню точности», — говорит физик Цзюнь Е из JILA.
Команда проводила эксперимент много раз; каждый раз они добивались результатов, соответствующих атомным часам. Следующим шагом будет его уточнение.
«Когда мы впервые возбудили переход, нам удалось определить частоту с точностью до нескольких гигагерц. Это было уже более чем в тысячу раз. лучше, чем все, что было известно раньше. Однако теперь у нас есть точность в килогерцовом диапазоне, что снова в миллион раз лучше», — говорит Шумм.
«Таким образом, мы рассчитываем обогнать лучшие атомные часы в мире. 2–3 года».
Результат исследования опубликован в журнале Nature.
