Китайские исследователи создали ядерные оптические часы, которые используют ядро атома тория-229 для поддержания времени, что знаменует собой значительный шаг вперед в создании нового поколения высокоточных часов.
Команда под руководством Дина Шицяня из Университета Цинхуа применила специально разработанный непрерывный ультрафиолетовый лазер и крошечный кристалл, содержащий торий-229, для точного измерения перехода внутри атомного ядра. Затем команда синхронизировала частоту лазера с этим ядерным переходом, что позволило системе функционировать как ядерные оптические часы.
Эти результаты были опубликованы в журнале Nature в среду. Китайская группа и европейская команда независимо друг от друга достигли работы ядерных оптических часов примерно в одно и то же время.
Современные самые точные оптические часы основаны на переходах электронов в атомах. В отличие от них, ядерные оптические часы используют переход внутри атомного ядра в качестве эталона времени. Поскольку ядро значительно меньше окружающего атома, оно менее подвержено внешним воздействиям, что потенциально позволяет добиться еще более высокой точности хронометража.
Эта технология также может предложить преимущества с точки зрения размера и инженерных решений, имея потенциальное применение в спутниковой навигации и исследованиях дальнего космоса, где критически важна высокая точность времени.
Основным препятствием являлась необходимость в непрерывном лазере с длиной волны 148 нанометров, который необходим для точного возбуждения перехода тория-229. Команда Дина стала первой, кто разработал такой лазер.
Кроме того, команде удалось решить проблему нехватки тория-229. Используя всего 1,4 микрограмма этого изотопа, исследователи в один заход произвели миллиметровый кристалл из фторида кальция, легированного торием. Количество использованного материала было примерно в 200 раз меньше, чем то, что применяла европейская команда.
Ядерные часы китайской команды продемонстрировали стабильность второго уровня, которая почти на порядок лучше, чем у европейской команды, тем самым подтвердив потенциал ядерных часов как нового стандарта для высокоточного измерения времени.