Ядерные часы будут точнее атомных
Самые точные часы сегодня, называемые атомными часами, основаны на поведении электронов атомов. Но часы, основанные на атомных ядрах, могут быть в 10 раз точнее атомных
Более совершенные часы могут такие технологии, как GPS-навигация, заявляет физик Питер Тирольф из Отделения атомной, молекулярной и оптической физики Американского физического общества. Но «дело не только в хронометрировании».
В отличие от электронов атомов, атомные ядра подвержены сильному взаимодействию, которое удерживает протоны и нейтроны вместе. «Ядерные часы видят другую часть мира», — обещает Тирольф, говоря о том, что ядерные часы позволят перепроверить фундаментальные идеи физики, в том числе константы.
Атомные часы отсчитывают время, ориентируясь на скачки энергии электронов атомов. Согласно квантовой физике, электроны в атомах могут нести только определенное количество энергии и на определенных энергетических уровнях. Для переброски электронов в атоме с одного энергетического уровня на другой используется лазер определенной частоты. Эта частота аналогична колебаниям электромагнитных волн света, что и стало залогом очень точного хронометра.
Подобно электронам, протоны и нейтроны в атомных ядрах также занимают дискретные уровни энергии. Ядерные часы будут основаны на скачках между этими уровнями ядерной энергии. Дело в том, что ядра устойчивы к воздействию паразитных электрических или магнитных полей, которые могут сбивать работу атомных часов. В результате ядерные часы «будут более стабильными и точными», — говорит физик-теоретик Адриана Палфи из Университета Фридриха Александра в Эрлангене-Нюрнберге (Германия).
Но есть проблемка. Как запустить скачок между уровнями ядерной энергии с помощью лазера? «Ядерные уровни обычно не по зубам лазерам», — разводит руками физик-теоретик Марианна Сафронова из Университета Делавэра. У нас просто нет лазеров такой мощности. Но, к счастью, есть одно исключение, говорит Сафронова — торий-229. У него есть пара энергетических уровней, достаточно близких по энергии, и здесь лазер потенциально способен спровоцировать скачок.
Недавние расчеты определили энергию, необходимую для этого скачка. Она составляет чуть более 8 электрон-вольт и соответствует ультрафиолетовому свету в диапазоне, который находится на грани возможностей ученых.