Исследователи развивают новый проект ядерных часов.
Точность ядерных часов зависит от единственного атома тория
Часы, с точностью до одной десятой секунды более чем 14 миллиардов лет - возраста вселенной - являются целью исследования, о котором сообщают на этой неделе ученые из трех различных учреждений. Исследование предполагает проект ядерных часов, которые получили бы чрезвычайную точность от ядра единственного иона тория.
Такие часы могут быть полезными для изучения фундаментальных теорий физики и для безопасной связи. Ядерные часы более чем в сто раз точнее, чем современные атомные часы, которые служат основой для системы глобального позиционирования (GPS) и широкого диапазона важных измерений.
"Если Вы дадите людям лучшие часы, то они будут использовать их" - сказал Алекс Казмич, преподаватель в Школе Физики в Технологическом институте штата Джорджия. "Для большинства устройств современные атомные часы достаточно точны. Но есть другие устройства, где лучшая точность часов обеспечила бы реальное преимущество"
Раньше в часах использовали качающийся маятник, по колебаниям которого определяли время. В современных часах кварцевые кристаллы обеспечивают высокочастотные колебания, которые действуют подобно камертону, заменяя старомодный маятник. Атомные часы получают свою точность из вызванных лазером колебаний электронов в атомах. Но на электроны могут воздействовать магнитные и электрические поля, поэтому точность атомных часов немного снижается (приблизительно ±4 секунды за 14 миллиардов лет).
Поскольку нейтроны намного тяжелее электронов и плотно упакованы в атомном ядре, они менее восприимчивы к этим полям, чем электроны. Поэтому ядерные часы должны быть менее восприимчивы к различным факторам окружающей среды, чем их атомный кузен.
"Мы можем использовать нейтрон атомного ядра как маятник часов" сказал Кори Кэмпбелл, исследователь в лаборатории Kuzmich. "Поскольку нейтрон находится в ядре, его уровень колебаний не зависит от внешних факторов".
Для создания колебаний, исследователи планируют использовать лазер, работающий с волнами в районе петагерца (1015 Гц), который будет воздействовать на ядро атома тория-229. Именно частота лазерного импульса станет основой для одного «хода маятника» в разрабатываемых ядерных часах.
Ядерные часы придётся всё время содержать при очень низких температурах, близких к абсолютному нулю (не выше десятков микрокельвинов). Для создания и поддержания таких температур физики обычно используют лазерное охлаждение, которое, естественно, собьёт с ритма атом тория-229. Чтобы решить эту задачу, предлагается охлаждать его не напрямую, а посредством чрезвычайно близко расположенного атома тория-232, который и будет охлаждаться лазерным способом (уже на другой частоте).
Вычисления предполагают, что ядерные часы могут иметь точность 10-19, а лучшие атомные - 10-17.
Поскольку они работают немного отличающимися способами, атомные и ядерные часы могли бы использоваться вместе, чтобы исследовать различия в физических константах. "Некоторые законы физики, возможно, не являются неизменными во времени" сказал Казмич.
Основная проблема состоит в том, что точная частота лазерного излучения необходимая для возбуждения ядра тория, еще не определена, несмотря на усилия многих исследовательских групп.
Технологический институт штата Джорджия
Теги: атомные часы
