Самые точные часы в истории: их точность зависит от ядра атома

Как можно создать часы, которые практически не теряют точность? Учёные впервые разработали устройство, работающее на основе низкоэнергетического ядерного перехода изотопа тория-229. Эти часы станут революцией в науке, ведь их основа — процессы в самом ядре атома, а не в электронной оболочке, как у стандартных атомных часов.

Как работает ядерный переход

Внутри атомного ядра, где находятся протоны и нейтроны, существуют энергетические уровни, как и у электронов. Когда ядро переходит между этими уровнями, оно испускает или поглощает энергию. Этот процесс невероятно стабилен. Уникальность изотопа тория-229 в том, что его ядерные уровни расположены очень близко друг к другу, что позволяет фиксировать низкоэнергетический переход с беспрецедентной точностью и при минимальных энергозатратах.

Прорыв в измерениях

В 2024 году несколько научных групп в мире смогли измерить этот переход. Лидерами стали исследователи из института JILA (США, Колорадо). Их работа показала результат, превосходящий предыдущие измерения в миллионы раз. Теперь точная частота, на которой должен работать лазер в этих часах, известна.

Как это изменит навигацию

Известно, что гравитация влияет на течение времени: чем ближе к массивному объекту (планете, звезде, чёрной дыре), тем медленнее идут часы. Это не сбой механизма — это фундаментальный закон физики. Уникальность ядерных часов в том, что они способны фиксировать разницу хода времени при изменении высоты всего на один миллиметр!

Гравитационный металлоискатель и поиск тёмной материи

Сверхточные ядерные часы помогут не только в навигации, но и в геологоразведке. Рудные месторождения имеют большую плотность, создавая гравитационные аномалии. Отслеживание этих вариаций с беспрецедентной точностью сделает возможным поиск полезных ископаемых без бурения.

Более того, часы смогут проверить одну из самых загадочных гипотез теоретической физики: действительно ли мировые константы, такие как скорость света или постоянная Планка, неизменны? Если нет, это изменит наше понимание законов Вселенной. А ещё ядерные часы могут стать ключом к обнаружению тёмной материи — невидимого вещества, которое, по расчётам, составляет 5/6 всей массы Вселенной.

Компактность и мобильность

В отличие от нынешних атомных часов, новые ядерные аналоги будут гораздо компактнее и удобнее в использовании. Это позволит внедрять их в самые разные сферы, от спутниковых систем до лабораторий, исследующих природу времени и пространства.

Уточнения

Часы́ Хронометр (греч. "измеритель времени") — прибор для определения текущего времени суток и измерения продолжительности временны́х интервалов в единицах, меньших, чем одни сутки.