Учёные создали ядерные часы: ошибка – всего секунда за 30 миллионов лет
Представьте часы, которые способны работать миллионы лет и практически не ошибаться. Австрийские физики приблизились к созданию именно такого устройства. Они разработали первые самостабилизирующиеся ядерные часы, использующие необычные свойства атомных ядер. Их измеренная точность соответствует погрешности примерно в одну секунду за 30 миллионов лет.
О достижении 8 октября 2026 года сообщил Венский технический университет.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nature.
Созданное устройство представляет собой экспериментальный образец часов нового поколения, которые в будущем могут превзойти по точности даже самые совершенные современные атомные часы.
Почему обычные часы постоянно ошибаются
Любые часы нуждаются в процессе, который повторяется через строго определённые промежутки времени.
В механических часах эту роль выполняют колебания маятника или баланса.
В кварцевых – колебания кристалла под воздействием электрического напряжения.
Но ни один физический процесс не защищён полностью от внешних воздействий.
Температура, вибрации и другие факторы способны вызывать небольшие отклонения.
В повседневной жизни такие погрешности обычно незаметны.
Однако для спутниковой навигации, фундаментальных физических экспериментов и некоторых современных технологий даже чрезвычайно малые отклонения могут иметь значение.
Поэтому учёные давно ищут способы измерять время всё точнее.
Атомные часы уже почти невероятно точны
Современные атомные часы используют строго определённые энергетические переходы внутри атомов.
Они позволяют измерять время с точностью, которая кажется фантастической по сравнению с обычными бытовыми приборами.
Но исследователи решили пойти ещё дальше.
Вместо процессов, связанных с электронами атома, они предложили использовать его ядро.
Дело в том, что атомное ядро значительно меньше самого атома и в определённых условиях слабее реагирует на внешние воздействия.
Теоретически это делает его чрезвычайно стабильным ориентиром для измерения времени.
Однако создать такие часы оказалось исключительно сложно.
Читайте также:
Главным героем открытия стал торий
Австрийские физики использовали особый изотоп химического элемента тория – торий-229.
Его атомное ядро обладает редкой особенностью.
Между двумя определёнными энергетическими состояниями существует необычно небольшая разница.
Благодаря этому переход между ними можно вызвать с помощью лазерного излучения.
Для большинства других атомных ядер подобный переход потребовал бы гораздо более энергичного излучения.
Именно эта особенность сделала торий-229 одним из главных кандидатов на создание ядерных часов.
В апреле 2024 года международной группе исследователей впервые удалось экспериментально продемонстрировать нужный переход между энергетическими состояниями ядра тория.
Позднее учёные использовали его в системе, связанной с обычными оптическими атомными часами.
Но для полноценного устройства оставалось решить ещё одну важную задачу.
Часы должны сами поддерживать свою точность
Главная особенность нового прибора заключается в том, что он способен самостоятельно стабилизировать частоту лазера.
Для этого исследователи создали специальный кристалл, содержащий атомы тория.
На него направляют лазерное излучение.
Ядра тория поглощают свет только при строго определённой частоте.
Если частота лазера начинает немного отклоняться, изменяется и поглощение излучения.
Специальная система замечает это изменение и автоматически корректирует работу лазера.
Таким образом, устройство постоянно поддерживает нужную частоту, используя атомные ядра в качестве эталона.
И самое главное – ему больше не требуется обычный атомный хронометр для постоянной стабилизации.
Ошибка в одну секунду за 30 миллионов лет
Во время испытаний исследователи проверяли стабильность работы нового устройства.
Оно смогло функционировать более 24 часов без вмешательства специалистов.
Измеренная относительная точность составила приблизительно одну квадриллионную.
Если выразить этот показатель более понятным образом, он соответствует ошибке примерно в одну секунду за 30 миллионов лет.
Конечно, учёные не проводили эксперимент продолжительностью в миллионы лет.
Это расчётная оценка, полученная на основе измеренной точности прибора.
Тем не менее результат впечатляет.
Однако есть важная деталь.
Новые ядерные часы пока уступают лучшим современным оптическим атомным часам.
Их главное достижение заключается не в абсолютном рекорде точности, а в создании самостоятельно стабилизирующейся системы, которая использует принципиально другой физический механизм.
Исследователи уверены, что возможности технологии ещё далеко не исчерпаны.
Для чего человечеству настолько точные часы?
На первый взгляд может показаться, что подобная точность совершенно не нужна.
Ведь обычному человеку достаточно знать время с точностью до нескольких секунд.
Но современные технологии всё сильнее зависят от высокоточных измерений.
Спутниковые навигационные системы используют точное время для определения расстояний и координат.
Научные лаборатории применяют сверхточные часы при проверке фундаментальных физических законов.
Астрономические и геодезические измерения также требуют чрезвычайно стабильных эталонов.
Кроме того, новые часы могут помочь в поиске пока неизвестных физических явлений.
Например, учёные смогут проводить более чувствительные эксперименты, проверяя, остаются ли некоторые фундаментальные физические постоянные неизменными.
Даже крошечные отклонения, которые сегодня невозможно зарегистрировать, могут оказаться важными для понимания устройства Вселенной.
Что будет дальше
Исследователи планируют совершенствовать устройство.
Для этого необходимо улучшить качество кристаллов с торием, увеличить мощность и стабильность лазерных систем, а также уменьшить влияние внешних факторов.
В перспективе ядерные часы могут стать новым стандартом сверхточного измерения времени.
Но до широкого применения технологии ещё далеко.
Пока речь идёт о сложном лабораторном устройстве, созданном для фундаментальных исследований.
Самое удивительное заключается в том, что человечество научилось измерять время с невероятной точностью, используя процессы, происходящие внутри атомного ядра – одной из мельчайших структур окружающего мира.
И, возможно, именно эти процессы позволят учёным в будущем открыть новые свойства самой природы.