Человечество научилось измерять время с невероятной точностью. Самые совершенные приборы на сегодняшний день работают за счет колебания электронов внутри атомов. Однако физики уже пытаются создать устройство с использованием атомных ядер, состоящих из протонов и нейтронов. Две независимые группы исследователей из Австрии и Китая одновременно  представили результаты своих экспериментов в статьях, которые появились на научном портале arXiv.org [1], [2]. 

Новая технология находится на самом старте своего пути, но уже сейчас она демонстрирует потрясающие возможности. Физик Торстен Шумм из Венского технического университета (Австрия) отметил, что в некоторых типах специфических измерений экспериментальный прибор уже превосходит абсолютно все существующие атомные часы.

Как заставить ядро тикать

В обычных атомных и новых ядерных часах роль качающегося маятника выполняют электромагнитные волны лазера. Без надежной привязки частота лазерного луча со временем неизбежно начинает сбиваться, из-за чего часы будут то спешить, то отставать. В атомных часах этот лазерный луч жестко привязывают к энергетическим прыжкам электронов. В ядерном приборе физикам удалось привязать лазер к переходу на новый энергетический уровень самого атомного ядра.

Для этого ученым пришлось создать уникальный кристалл фторида кальция и пропитать его редким элементом — торием-229. Дело в том, что во всей таблице Менделеева торий является единственным типом ядра, который способен правильно взаимодействовать с лазерным лучом.

Обе команды исследователей смогли успешно реализовать сложнейший цикл обратной связи, постоянно перенастраивая лазер под энергетические скачки ядра. Физики называют это последним недостающим шагом, который позволил официально запустить первые в истории настоящие ядерные часы.

Охота на темную материю

Пока новое устройство по общей точности хода немного уступает лучшим атомным часам, но потенциал технологии огромен. Ядерные часы гораздо устойчивее к помехам от внешних электромагнитных полей. Кроме того, им не нужны громоздкие вакуумные камеры, которые требуются для фиксации летучих атомов. Новинку можно сделать компактной и прочной, собрав внутри небольшого твердого кристалла.

Поскольку протоны и нейтроны в ядре удерживаются за счет мощного сильного взаимодействия, а не электромагнитных сил, эти часы позволяют тестировать фундаментальные законы природы. Команда Торстена Шумма планирует использовать прибор для охоты на загадочную темную материю — невидимую субстанцию, которая пронизывает весь космос.