Ядерные часы становятся ближе к реальности благодаря новым открытиям в физике

Ядерные часы точнее атомных.

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 метод, который может улучшить эту точность, вызывая и измеряя колебания в еще более сложной цели: ядре атома (ядро — это сердцевина атома).

Как работают ядерные часы: ученые измеряют частоту импульсов энергии, попадающих в ядро ​​атома, подсчитывая длины волн в УФ-сигнале. Длины волн могут вызывать колебания ядерных переходов на более высоких частотах, что позволяет проводить более точные измерения времени. Фото: Национальный институт стандартов и технологий

Для создания ядерных часов ученые использовали ультрафиолетовый свет для возбуждения ядер атома тория-229 в твердом кристалле. Затем они измерили частоту энергетических импульсов, попадающих на ядро ​​(эквивалент маятника в обычных часах), и подсчитали длины волн в ультрафиолетовом свете с помощью инструмента, называемого оптической частотной гребенкой.

Для создания скачков энергии в ядре требуется сигнал гораздо более высокой частоты, чем для атомных часов. Ожидается, что при большем количестве волновых циклов в секунду этот метод обеспечит более точные измерения времени.

Хотя ядерные часы все еще находятся в стадии разработки, они понимают, что они могут изменить не только хронометраж, 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 настолько же точен, как атомные часы, а будущие версии, как ожидается, будут еще более точными и стабильными.

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

Революция в физике?

Как известно, точность атомных часов значительно выше, чем у обычных часов. На протяжении десятилетий атомные часы использовались в технологии GPS для исследования космоса 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 ядерные часы работать, ученые использовали ультрафиолетовый свет для возбуждения ядер в атомах тория-229. Фото: JILA

Однако атомные часы также подвержены потере синхронизации. По словам автора Чжана, электромагнитные помехи могут нарушить движение возбужденных электронов и повлиять на точность отсчета времени.

По словам доктора Ольги Кочаровской, почетного профессора физики Техасского университета A&M, которая не принимала участия в исследовании, эти области, 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 решить множество задач, прежде чем ядерные часы превзойдут по точности атомные часы или заменят их, полученные результаты 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