Учёные из нескольких стран успешно создали первые автономные «ядерные часы» на основе тория-229: обладают сверхвысокой помехоустойчивостью и полностью автономным замкнутым механизмом стабильной работы

Недавно пресс-служба Венского технического университета (TU Wien) опубликовала сообщение о том, что команда учёных из Австрии, Германии и Чехии успешно разработала первые в мире ядерные часы на основе ядра атома тория-229 (Thorium-229, химический символ ²²⁹Th). Эти ядерные часы обладают чрезвычайно высокой помехоустойчивостью и способны работать в полностью автономном режиме без внешней стабилизации.

Исследовательская группа заявила, что по сравнению с традиционными атомными часами, использующими для работы весь атом, использование атомного ядра для измерения времени теоретически позволяет достичь более высокой точности измерений. Два года назад им впервые удалось управлять процессом перехода ядра тория-229, однако для достижения сверхвысокой точности измерения времени всё ещё необходимо решить проблему самостабилизации ядерных часов. Профессор Венского технического университета Торстен Шумм (Thorsten Schumm) отметил, что научные сотрудники стремятся преодолеть эту техническую проблему.

Как известно, ещё полвека назад физики обнаружили этот нестабильный изотоп торий-229, который существует в двух формах, одна из которых обладает чрезвычайно низкой энергией возбуждения. Эта особенность не только делает наблюдение процесса его распада чрезвычайно сложным, но и делает его идеальной основой для создания сверхвысокоточных ядерных часов с высокой устойчивостью к электромагнитным помехам.

Два года назад физики из Австрии и Германии разработали новый метод измерения времени путём наблюдения взаимодействия лазерного луча со специально подготовленным кристаллом тория. Однако первая версия этой технологии не позволяла обеспечить полностью автономную работу, главным образом из-за громоздкости лазера и импульсного режима работы, что вынуждало устройство зависеть от внешней системы стабилизации.

В последнее время немецкие физики успешно разработали компактный твердотельный лазер, способный непрерывно генерировать высокостабильное излучение. Этот прорыв позволил учёным перевести ядерные часы в новый режим работы: вместо отслеживания световых импульсов, генерируемых атомами тория-229, они стали измерять изменения интенсивности лазерного излучения после его взаимодействия с ядрами этого элемента.

Предварительные результаты экспериментов показали, что погрешность этих ядерных часов составляет около 10 в минус 15-й степени, что соответствует примерно 1 секунде ошибки за около 30 миллионов лет. Хотя в настоящее время эта точность несколько уступает уровню лучших оптических атомных часов, учёные уверены, что благодаря дальнейшим усовершенствованиям и оптимизации они смогут значительно повысить точность измерения времени ядерных часов и применить их для обнаружения тёмной материи и в других областях.