Ученые представили первые в мире ядерные часы

52 1032

Screenshot_117.jpg

От солнечных часов до атомных часов, приборы для измерения времени продолжают развиваться в направлении повышения точности. Недавно был совершен значительный прорыв в создании первых ядерных часов — прототипа, который обещает навсегда изменить не только сферу измерения времени, но и наше понимание физики.

На протяжении десятилетий исследователи по всему миру пытались создать ядерные часы, которые бы измеряли время с беспрецедентной точностью.

Недавно исследователи из Объединенного института лабораторной астрофизики (JILA), совместного института Национального института стандартов и технологий (NIST), в сотрудничестве с учеными из американской лазерной компании IMRA и физиками из Венского центра квантовой науки и технологий представили самый первый прототип ядерных часов. С помощью этой системы ученые заложили основу для новой эры в измерении времени.

«Представьте себе наручные часы, которые не теряют ни секунды даже спустя миллиарды лет», — говорит Цзюнь Йе, физик из NIST и JILA.

«Мы еще не дошли до этого, но это исследование приближает нас к такому уровню точности», — добавил он. В своей статье, опубликованной в журнале Nature, ученые отмечают, что эти часы пока не точнее атомной модели. Однако это не главная цель. Это первый шаг на пути перехода к торию. Физик Торстен Штрумм из Венского технического университета отметил в пресс-релизе: «С помощью этого первого прототипа мы продемонстрировали, что торий можно использовать в качестве хронометра для очень высокоточных измерений».

От атомных часов к ядерным

В обычных часах для измерения времени используется кварцевый генератор, который совершает колебания кристаллов на определенных частотах. Атомные часы, с другой стороны, используют колебания лазерного луча, чтобы заставить электроны, вращающиеся вокруг ядер атомов, переходить с одного энергетического уровня на другой. Хотя атомные часы очень точны, они ограничены частотой используемого лазера и требуют перенастройки с течением времени.

Это делает их непригодными для измерений с высокой степенью риска. Ядерные часы, с другой стороны, могут заполнить этот пробел. Если атомные часы теряют одну секунду за миллионы лет, то ядерные — только одну секунду за миллиарды лет. Однако, как объяснил Штрумм, «в дополнение к лазеру вам нужна квантовая система, которая чрезвычайно избирательно реагирует на определенную частоту лазера».

Ключ — атомные ядра

На протяжении десятилетий идея использования атомного ядра для повышения точности часов восхищала и занимала ведущих физиков. Будучи меньше атома, ядро меньше реагирует на внешние магнитные поля. Однако проблема заключается в энергии, необходимой для переключения ядра между двумя состояниями. Однако ядра тория являются исключением, и их можно переключать с помощью лазера. Главное — знать разницу между двумя состояниями.

В апреле профессор Штрумм и его команда сделали большой шаг вперед, точно определив эту разницу в энергии, что позволило целенаправленно переводить ядра тория. Благодаря повышению точности можно изменять энергетический уровень ядра тория 229 так же, как и для электронов. В одном из экспериментов ученые соединили стронциевые атомные часы JILA с кристаллом, содержащим ядра тория. Им удалось преобразовать инфракрасный свет в ультрафиолетовый. «Нам нужен способ преобразования инфракрасных частот в ультрафиолетовые, подобно тому, как механическая трансмиссия преобразует медленное вращение в быстрое с помощью соответствующих шестеренок», — объясняет Штрумм. Они использовали ультракороткие инфракрасные лазерные импульсы различной частоты, создавая своего рода частотную гребенку.

Когда эта гребенка попадает в газ ксенон, атомы создают ультрафиолетовое свечение, которое затем направляется на кристалл, «центральный элемент исследования», говорят ученые. «Мы достигли килогерцовой точности, что в миллион раз лучше, чем в предыдущих тестах. Мы надеемся превзойти лучшие атомные часы в течение 2-3 лет», — сказал Штрумм. «Все, что остается, — это технические разработки, и нет никаких серьезных препятствий, о которых стоило бы беспокоиться», — заключил он.

В будущем эта технология позволит с большей точностью измерять и другие физические величины. Например, такая предельная точность может быть использована для изучения фундаментальных законов природы и определения, в частности, того, являются ли определенные физические константы абсолютно постоянными.

Источник

Невоенный анализ-74. Логика и математика. 17 ноября 2024

Традиционный дисклеймер: Я не военный, не анонимный телеграмщик, не Цицерон, тусовки от меня в истерике, не учу Генштаб воевать, генералов не увольняю, в «милитари порно» не снимаюсь, ...

Картинки для субботы

Ну  што?  Пришла  пора  глянуть  "немножка картинкофф"?                              ...

Что показал в Китае своим виртуозным полетом Су-57
  • pretty
  • Сегодня 15:08
  • В топе

Человек в лампасахСоздать двигатель такого уровня на планете могут меньше государств, чем у вас пальцев на одной руке. Это сложнее, чем постройка ракеты, способной вывести на орбиту гроздь ядерных бое...

Обсудить
  • Интересно, а как определяется точность часов если нет более точного образца?
  • Фигня... Вот в СССР были самые быстрые часы "Ракета" :thumbsup:
  • Непостоянная физическая константа это вся равно, что сладкая соль или мокрая сухость - такой же бред, как и сверх сверх точные часы без малейшего понятия о самой физической основе времени.
  • Помнится, учась ещё в начальных классах, учениками было принято делать информационные доклады в начале первого урока. Вот я и поведал своим одноклассникам, что наши учёные создали измерители времени на ядерных принципах. Информацию я взял, естественно не с потолка и фантастику с реальностью не путал.
  • «Представьте себе наручные часы, которые не теряют ни секунды даже спустя миллиарды лет», — говорит Цзюнь Йе, физик из NIST и JILA. ----------------------------- Относительно какого эталона эти часы не теряют ни секунды? Вроде, люди не глупые, а ответов на самые простые вопросы нет. Например, если время сжимается или расширяется, то и часы будут идти в ногу с этим процессом, но никто об этом так и не узнает. Не время, господа хорошие, измеряют, а колебания - одни циклы относительно других....