Физики сделали прорыв в разработке ядерных часов, который может кардинально изменить понимание фундаментальных сил Вселенной. Исследователи из Венского технологического университета под руководством профессора квантовой метрологии Торстена Шумма впервые смогли возбудить ядро атома тория-229 до более высокого энергетического уровня с помощью лазерного облучения. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters 29 апреля.
Это открытие открывает путь к созданию нового типа часов, которые будут не только более точными, но и смогут исследовать самые глубинные силы Вселенной. В отличие от атомных часов, которые зависят от электронов, вращающихся вокруг атомов и подверженных внешним помехам, ядерные часы будут использовать переходы энергий в самом ядре атома, что делает их невосприимчивыми к внешним воздействиям.
На пути к созданию ядерных часов ученые столкнулись с трудностью точного определения энергетического промежутка, необходимого для перехода ядра тория-229 из одного состояния в другое. По словам Шумма, исследователи на протяжении многих лет сужали диапазон поиска, начиная с теоретически предполагаемого промежутка от 0 до 10 электрон-вольт. Наконец, они зафиксировали изменение энергии атома тория на 8.35574 электрон-вольта.
Создание ядерных часов на уровне точности атомных займет еще множество лет, однако наблюдение за переходом уже открыло новые перспективы. Такие часы позволят глубже изучить темную энергию, темную материю и основные силы Вселенной. Ядерные часы предоставят точные измерения разницы энергий между двумя связанными состояниями ядра, что может выявить изменения трех из четырех фундаментальных сил физики – электромагнетизма, сильного и слабого ядерного взаимодействия – во времени или пространстве.