Современные атомные часы отсчитывают время, измеряя частоту света, поглощаемого или излучаемого электронами при переходе между определенными энергетическими уровнями внутри атома. Хотя это исключительно точный метод измерения времени, физики давно мечтали создать часы с ядрами вместо электронов. Атомные ядра намного меньше и более изолированы от окружающей среды, так что ядерные часы должны быть более стабильными и точными.

Проблема в том, что почти все ядерные энергетические переходы слишком энергичны, чтобы их можно было контролировать с помощью лазеров. Обычно для этого требуются гамма-лучи высокой энергии, а не обычный лазерный свет. Исключение — торий-229. Его ядро можно привести в возбужденное состояние с помощью ультрафиолетового лазерного света, пишет IE.

Обе команды реализовали ядерные часы примерно одинаково. Они имплантировали ядра тория-229 в кристаллы фторида кальция и подсветили их непрерывным ультрафиолетовым лазером с длиной волны 148 нм.

Китайские исследователи из Университета Цинхуа использовали более мощную лазерную систему для инициирования ядерного перехода. После суток работы нестабильность часов приблизилась к одной части на 10 триллионов, что показывает, что ядерный переход может служить стабильным сигналом для отсчета времени.

Европейская команда из Венского центра квантовых наук и технологий использовала кристаллы с более высокой концентрацией ядер тория, увеличив количество ядер, доступных для измерения. Затем они провели научный эксперимент по поиску частиц темной материи.

«Мы использовали ядерные часы для ограничения моделей сверхлегкой темной материи, ища периодические флуктуации и медленные дрейфы энергии ядерных переходов в масштабах времени от 20 секунд до одного дня», — заявили ученые из Австрии.

Хотя признаков темной материи они не обнаружили, эксперимент продемонстрировал, что ядерные часы как минимум не менее чувствительны лучших в мире атомных часов.

В совокупности эти два исследования предоставляют самые убедительные на сегодняшний день доказательства того, что практические ядерные часы — это уже не теоретическая концепция, а действующая технология.

Китайские ученые создали недавно самые маленькие в мире атомные часы для дронов, ракет и подводных аппаратов. Устройство размером всего 2,3 см³ — с ноготь большого пальца — отсчитывает время с огромной точностью, теряя одну секунду за 30 000 лет.