Дуэль ядерных часов

В мире сверхточного времени разгорелась настоящая драма. 7 октября пришли две новости о часах, которые «тикают» не по электронам, а по атомному ядру. Сначала физики из Вены объявили о прототипе первых в мире самостабилизирующихся ядерных часов. А следом команда китайского Университета Цинхуа сообщила: их часы идут примерно в шесть раз стабильнее венских.

Почему ядро? Атомные часы, задающие точное время уже больше 70 лет, следят за электронами, а те занимают большую область вокруг атома и чувствуют внешние поля. Ядро крошечное и лучше защищено от помех — в теории точность может быть намного выше. Загвоздка в том, что почти все ядра «переключаются» только при огромной энергии, лазеру это не по силам. Исключение одно — торий-229: его состояние меняет ультрафиолетовый лазер. Впервые это удалось лишь в 2024 году.

Венский козырь — самостоятельность. В TU Wien вместе с немецким PTB построили петлю обратной связи. Лазер задаёт ритм, но «плывёт» от перепадов температуры, а ядра тория поглощают свет только на идеально точной частоте. Просело поглощение — система сама подкручивает лазер. Как настройка гитары по камертону, только камертон — атомные ядра. Прототип больше суток проработал полностью автономно с точностью около 10⁻¹⁵ за день: ошибка в секунду за 30 миллионов лет.

Козырь Цинхуа — воспроизводимость. Кристаллы с торием, изготовленные по отдельности, дали почти одинаковый сигнал: совпадение примерно до трёх частей на 10 триллионов, и это согласуется с прежними замерами. Значит, дело не в одном «удачном» кристалле. Китайский образец меньше рисового зерна и содержит около квадриллиона ядер тория, венский — в 200 раз больше. Зато у венских часов сигнал зависел от того, через какую точку кристалла шёл лазер, и ход немного менялся день ото дня.

Финал у этой драмы пока открытый. Обе системы всё ещё уступают лучшим атомным часам. Торий-229 крайне редок, а для рывка нужны кристаллы с более равномерным распределением тория и лазеры помощнее.

Ядерные часы могли бы проверить, не меняются ли фундаментальные константы, искать тёмную материю (венцы уже пробовали — пока безрезультатно), картировать подземные гравитационные аномалии и точнее вести аппараты в дальнем космосе.

@vselennayaplus