Устройство на основе тория-229 впервые позволило использовать переход внутри атомного ядра для сверхточного измерения времени и поиска возможных изменений фундаментальных констант.
Физики из Венского центра квантовых наук и технологий вместе с немецкими исследователями впервые продемонстрировали работающие твердотельные ядерные часы. Их ключевым элементом стал изотоп тория-229, встроенный в кристалл. Разработка позволяет не только повысить точность измерения времени, но и искать крайне слабые изменения фундаментальных законов физики. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Обычные атомные часы используют переходы электронов между энергетическими уровнями. В новой системе источником сигнала становится непосредственно атомное ядро. У тория-229 есть необычное свойство: его ядро можно перевести в возбужденное состояние с помощью лазерного излучения сравнительно небольшой энергии.
Для эксперимента ученые внедрили атомы тория-229 в миллиметровый кристалл фторида кальция. Установка работала при комнатной температуре, а для возбуждения ядерного перехода использовался ультрафиолетовый лазер. Исследователи создали систему обратной связи, благодаря которой частота лазера автоматически подстраивается под частоту перехода в ядре.
Такой принцип дает часам еще одно важное преимущество. Энергия ядерного перехода тория-229 чувствительна к значениям фундаментальных констант, поэтому даже небольшое изменение этих параметров потенциально может проявиться в показаниях устройства. Это делает ядерные часы инструментом не только для хронометрии, но и для фундаментальных физических экспериментов.
Одной из первых задач стала попытка обнаружить ультралегкую темную материю. Это гипотетическая форма невидимого вещества, которая, согласно современным представлениям, составляет значительную часть массы Вселенной. На протяжении суток исследователи непрерывно собирали данные и искали в сигнале периодические изменения либо медленный сдвиг энергии ядерного перехода.
Источник: hi-tech.mail.ru