Физики из китайского Университета Цинхуа и Венского центра квантовой науки и технологий в Австрии впервые использовали ядро атома тория-229 для измерения времени.
Пока их результаты не превзошли по точности стронциевые и иттербиевые атомные часы, но это только начало.
Российские физики оказались в сложной ситуации из-за нестабильного финансирования и информационного вакуума.
Журнал, в который они отправили свою работу ещё в декабре прошлого года, до сих пор не сообщил миру об их достижении.
Высокая точность стандарта частоты позволит измерять гравитационное поле Земли, проводить дистанционное обнаружение залежей редкоземельных элементов, нефтяных и газовых месторождений, решать задачи специального назначения.
Также это имеет большое значение для проверки основ космологических эффектов общей теории относительности.
Доктор физико-математических наук, руководитель проектного офиса международного Квантового университета, заведующий кафедрой квантовой метрологии Института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ Пётр Борисюк объясняет: «Если атомные часы измеряют время путём регистрации частоты атомарных переходов, то ядерные отсчитывают секунды по изменению конфигурации ядра.
Поскольку ядро гораздо более изолировано от окружающей среды, чем окружающие его электроны, оно менее уязвимо к помехам от электрических и магнитных полей, а значит, сможет в будущем измерять секунду точнее имеющихся атомных часов».
Учёные выбрали торий-229, потому что только этот элемент позволяет измерить изменения структуры ядра с помощью лазерного излучения.
Они нашли резонансную частоту, при воздействии которой ядро тория-229 переходит в возбуждённое изомерное состояние.
Созданные ядерные часы пока достигли точности 1 на 10 в минус 15 степени.
Но в будущем этот радиоактивный изотоп с периодом полураспада 7880 лет позволит уточнить определение секунды до 10 в минус 20 степени.
Американцы, китайцы и европейцы идут вровень в разработках ядерных часов, внедрив ядра тория-229 в широкозонные кристаллы на основе фторидов.
Профессор НИЯУ МИФИ Виктор Иванович Троян и Евгений Викторович Ткаля, профессор кафедры и научный сотрудник, начали экспериментальный ториевый проект в 2012 году. Они планировали создать ионную ловушку, систему лазерного охлаждения и лазер для поиска ядерного перехода.
Первый этап поддержали, но проект неожиданно закрыли.
Пётр Борисюк рассказывает: «Нас взял под своё крыло Научный центр физики и математики в Сарове под руководством академика РАН Александра Михайловича Сергеева, за что мы ему очень благодарны.
Сейчас идём почти ноздря в ноздрю с зарубежными группами. Из-за «разорванного» финансирования, к сожалению, немного отстаём».
Эксперименты российских физиков отличаются от зарубежных. Они отрабатывают вторую концепцию, когда торий «сидит» в ионной ловушке, охлаждается до температуры порядка нескольких микрокельвинов, и после у этого холодного иона, локализованного в пространстве с помощью электромагнитных полей, опрашивают его ядерное состояние.