Учените са се доближили към изграждането на ядрен часовник от торий
За първи път учените са използвали настолен лазер, за да прехвърлят атомно ядро в по-високо енергийно състояние. Това е подвиг, който спомага за създаването на първия ядрен часовник. Той ще поддържа времето въз основа на вътрешната работа на атомните ядра.
Как работят атомните часовници?
В момента към познатите ни най-прецизни часовници спадат атомните. За разлика от тях, ядрените часовници могат да бъдат по-прости и лесно преносими. Те могат да бъдат използвани за тестване на фундаментални теории на физиката по нови начини. С постиженията на учените, изглежда сме по-близо до създаването на ядреният часовник от всякога.
Изпитаните и истински атомни часовници се основават на физиката на електроните, които обграждат атомите. В тези атоми електроните обитават отделни енергийни нива. За да се принуди електрон да скочи до определено по-високо енергийно ниво, той трябва да получи точното количество енергия от лазер. Тази енергия съответства на определена честота на светлината на лазера. За да се ориентират към тази честота, учените насочват лазер към група от атоми и сканират честотата на лазера, докато електроните направят скок. След това тази честота се използва, подобно на атомен метроном, за поддържане на времето.
Предимствата а ядрените часовници
Ядрените часовници биха използвали преходите на атомните ядра, а не на електроните, за да отбелязват времето. Докато повечето атомни ядра имат енергийни нива твърде далеч едно от друго, за да може лазерът да започне скока, едно специално ядро е извънредно. Това е разновидност на елемента торий. Тя има необичайно малък енергиен скок, достъпен за лазери.
Доскоро учените не разполагаха с много данни относно този скок. През 2023 г. обаче те успяха да го измерят с по-висока точност. Това позволи на физиците да направят следващата стъпка. Изследователите са използвали лазер, за да издигнат ядрата на торий до по-високо енергийно ниво. Те са наблюдавали светлината, излъчвана при скока обратно. Експериментът определя енергията на прехода. Тя е 8,35574 електронволта. Това число е в съответствие с измерването от 2023 г., но е около 800 пъти по-точно.
За да направят ядрен часовник, учените ще трябва да увеличат още повече прецизността на замерените данни.
Оправдано вълнение
Когато изследователите са видели сигнала е настъпила суматоха и вълнение. В експеримента, торий-229 е вграден в кристал от калциев флуорид. Това се различава от атомните часовници, при които атомите се съдържат във вакуумна камера. Възможността за създаване на бъдещи ядрени часовници от твърди материали е част от тяхната привлекателност. Целта е изграждането на много по-проста и преносима система.
Тъй като ядрените часовници се основават на различна физика от атомните, сравняването на двата типа устройства може да даде възможност за нови изследвания на фундаменталната физика. Учените биха могли да търсят вариации в доказани константи на природата или набор от числа, управляващи космоса, които обикновено се приемат за неизменни. Ядрените часовници биха позволили нови търсения на тъмна материя и неидентифицирани масивни частици, които проникват във Вселената.
