Научен пробив: првите нуклеарни часовници ветуваат прецизност над атомските стандарди

Научници од Кина и Австрија постигнале значаен пробив во физиката со развој на првите функционални нуклеарни часовници, технологија која би можела да ја надмине прецизноста на денешните најнапредни атомски часовници. Резултатите од нивните истражувања биле објавени во предпечатеното научно складиште arXiv, каде тимовите независно ги претставиле своите наоди речиси истовремено.

За разлика од класичните атомски часовници, кои го мерат времето преку електронски транзиции во атомите, новиот пристап се базира на процеси што се одвиваат во самото атомско јадро. Во конкретниот случај се користи изотопот ториум-229, чија нуклеарна структура овозможува исклучително стабилна референтна фреквенција. Бидејќи јадрото е многу подобро заштитено од надворешни влијанија во споредба со електронската обвивка, ваквиот тип часовници е помалку чувствителен на температурни промени, електромагнетни пречки и други физички нарушувања кои влијаат на постојните системи за мерење време.

Посебноста на ториум-229 лежи во неговата исклучително нискоенергетска нуклеарна транзиција, која може да се активира со ултравиолетов ласер со бранова должина од околу 148,4 нанометри. Ова овозможува директно мерење на нуклеарни состојби, нешто што долго време се сметало за технолошки речиси недостижно, но сега е демонстрирано во експериментални услови.

Во експериментите, јадрата од ториум-229 се вградени во кристална структура од калциум флуорид и се одржуваат на собна температура. Стабилноста на системот се постигнува преку ласерска контрола со брз повратен механизам базиран на спектроскопски мерења. Двата независни експеримента покажале исклучително високо ниво на фреквентна усогласеност, со прецизност на ниво од 10⁻¹³, што значи дека отстапувањето за период од еден ден е сведено на приближно една десетина од трилион.

Овој напредок отвора можности за развој на нова генерација ултрапрецизни часовници и сензори, кои би можеле да се користат во научни истражувања, навигациски системи и високо чувствителни мерења. Дополнително, ваквата технологија би можела да помогне во тестирање на основните закони на физиката, вклучително и проверка на стабилноста на фундаменталните природни константи.

Научниците веќе ја разгледуваат можноста овие системи да се користат и за испитување на теории поврзани со темната материја, бидејќи нивната екстремна прецизност овозможува откривање на многу мали физички отстапувања. Доколку технологијата во иднина успее да се минијатуризира, таа би можела да стане дел од различни уреди и инструменти, значително надминувајќи ги перформансите на сегашните системи за мерење време.