Ториевые атомные часы в Китае начали отсчёт: мировой прорыв
Физики из Университета Цинхуа в Пекине совершили то, к чему квантовая метрология стремилась десятилетиями: они запустили часы, управляемые атомным ядром, а не электронами вокруг него. Работа, опубликованная онлайн в журнале Nature, описывается командой как первое функционирование ядерных часов на тории-229, достигнутое параллельно с европейской группой.
Любым часам нужен повторяющийся такт. Лучшие современные атомные часы используют лазеры для переключения электронов между энергетическими уровнями в таких атомах, как стронций или иттербий. Команда из Цинхуа вместо этого привязала лазер к переходу внутри ядра тория-229 — изотопа, чьё низшее возбуждённое состояние находится необычно низко по энергии. Эта особенность делает его достижимым с помощью света, а не мощных рентгеновских лучей, которые обычно требуются для таких ядерных переходов.
Чтобы добиться этого, исследователи создали собственный непрерывный вакуумный ультрафиолетовый лазер с длиной волны 148 нанометров и объединили его с кристаллами фторида кальция, легированными торием-229, разработанными совместно с партнёрскими группами. Направив лазер на кристалл и настроив его частоту на ядерный переход, они смогли удерживать переход достаточно стабильно, чтобы он служил эталоном времени.
Зачем это нужно? Ядро в тысячи раз меньше окружающего его электронного облака и гораздо лучше изолировано от паразитных электрических и магнитных полей. Такая защита может сделать ядерные часы менее чувствительными к шумам окружающей среды, потенциально улучшив лучшие современные стандарты частоты. Поскольку ядерный переход также по-разному реагирует на гравитацию и возможные дрейфы фундаментальных констант природы, такие часы могут стать инструментами для проверки того, действительно ли эти константы постоянны.
Практические выгоды пока далеки, но направление знакомо. Более точное измерение времени лежит в основе спутниковой навигации, телекоммуникационных сетей и финансовых меток времени, а также обостряет поиск тёмной материи и тонких сдвигов, предсказываемых теориями за пределами Стандартной модели. Ядерные часы — это не столько замена атомных часов, сколько иной вид линейки, чувствительный к силам, которые электронные устройства в основном игнорируют.
Результат появился в сильный год для физики. Нобелевская премия по физике 2026 года досталась создателям IceCube — детектора, погребённого во льдах Антарктиды, который улавливает почти безмассовые частицы-призраки под названием нейтрино, а премия по химии отметила двух учёных, показавших, как молекулярная хиральность может усиливаться. Точные измерения, астрономия частиц и зеркальные молекулы — все они подтвердили одну мысль: инструменты, видящие невидимое, обычно открывают неожиданное.
Дин Шицянь из Цинхуа и его коллеги подчёркивают, что это начало, а не готовый инструмент. Единичный рабочий переход ещё предстоит стабилизировать, сравнить с существующими стандартами и запустить достаточно долго, чтобы доказать, что он хранит время лучше, чем уже имеющееся в лабораториях. Европейский результат, объявленный примерно в то же время, говорит о том, что эта область теперь стала настоящей гонкой, а не одиночным усилием.
Для глобальных читателей значение очевидно. Часы, которые считают колебания внутри атомного ядра, переводят измерение времени с электронной оболочки в самое сердце материи, и это впервые произошло в китайской лаборатории, работающей вместе с международными коллегами. Если технология созреет, секунды, на которые мы все полагаемся, однажды могут определяться чем-то гораздо меньшим и более странным, чем используемые сейчас атомы.