Ультраточне вимірювання часу зробило значні стрибки за останні кілька років. Існують годинники, які в сотні разів точніші, ніж стандартні атомні годинники, які використовуються по всьому світу. Вони відомі як оптичні атомні годинники й останнім часом встановили багато рекордів. Однак дослідники вважають, що можуть піти ще далі. Вони можуть створити ядерний годинник.
Секрет надзвичайно точного вимірювання часу полягає в здатності дуже добре вимірювати майже миттєвий імпульс. В атомних годинниках таким імпульсом є стрибки електронів між рівнями енергії. У традиційних атомних годинниках це робиться за допомогою мікрохвиль і атомів цезію, але в оптичних атомних годинниках, які є набагато точнішими, науковці використовують різні довжини хвиль і різні атоми. Проте основне значення має саме електронний перехід.
У ядерних годинниках зміни рівнів енергії відбуваються в ядрі, яке набагато стабільніше порівняно з електронами на краю атома. Зазвичай для таких стрибків потрібне світло з високою енергією, а саме рентгенівські промені; але вчені вже деякий час знають, що торій-229 має найнижчий енергетичний стрибок серед усіх атомів, і він потребує ультрафіолетового світла, яке набагато легше використовувати.
Проблема полягала в тому, що точне значення частоти цього стрибка не було відомо. Тож дослідники використали надзвичайно точний оптичний атомний годинник, кристал з торієм-229 і лазер, щоб виміряти це значення — перший важливий крок до створення нового способу вимірювання часу.
«Уявіть собі наручний годинник, який не втратить жодної секунди навіть якщо працюватиме мільярди років», — сказав у своїй заяві провідний автор дослідження Джун Є з Національного інституту стандартів і технологій. «Хоча ми ще не зовсім там, це дослідження наближає нас до такого рівня точності».
Можливо, вам цікаво, навіщо потрібна така точність. На перший погляд може здатися, що це не має негайного практичного застосування, але ми непрямо використовуємо атомні годинники постійно. Наші банки використовують їх для переказу грошей, вони застосовуються в навігаційних системах і багато де ще. Тож точніше вимірювання часу означає поліпшення у всіх цих сферах, а також швидший інтернет і більш безпечний зв’язок. І хоча попереду ще довгий шлях, ця демонстрація показує, що нове майбутнє для вимірювання часу вже близько.
«З цим першим прототипом ми довели: торій можна використовувати для вимірювання часу з надвисокою точністю. Все, що залишається зробити, це технічна розробка, більше не очікується жодних серйозних перешкод», — сказав у своїй заяві співавтор дослідження Торстен Шумм з Віденського технічного університету.