Учёные из Венского технического университета (TU Wien) совершили важный прорыв в области точных измерений: им удалось создать первые в мире самоподдерживающиеся ядерные часы. Разработка способна измерять время с точностью, недостижимой для современных атомных часов.

В отличие от предыдущих прототипов, новые ядерные часы поддерживают стабильность самостоятельно, без опоры на обычные атомные часы. Исследователи продемонстрировали, что устройство работает стабильно более 24 часов без вмешательства извне.

В основе технологии лежит уникальное свойство ядер тория-229. Их энергетические состояния разделены крайне малым промежутком, что позволяет переводить ядро из одного состояния в другое с помощью лазерного света. Это делает переход идеальным эталоном для измерения времени.

Прорыв произошёл в апреле 2024 года, когда команда под руководством профессора Торстена Шумма из Института атомной и субатомной физики TU Wien совместно с группой профессора Эккехарда Пайка из PTB Braunschweig экспериментально подтвердила существование искомого ядерного перехода. Осенью 2024 года исследователи подключили установку к обычным оптическим атомным часам, доказав, что ядра тория могут служить высокоточным эталоном времени.

Однако для полноценной работы не хватало главного — способности поддерживать точность самостоятельно. «Что действительно нужно, так это самоподдерживающиеся ядерные часы, — объясняет профессор Шумм. — Идея проста: есть лазер и есть торий. Лазер меняет энергетическое состояние ядер тория, а ядра тория используются для стабилизации частоты лазера».

Для этого учёные создали систему на основе специального кристалла с атомами тория, изготовленного в TU Wien. Лазер светит на кристалл и взаимодействует с ядрами. Если частота лазера начинает отклоняться от нужной, количество поглощаемого ядрами света падает — система фиксирует это и автоматически корректирует лазер. Такая обратная связь удерживает часы в стабильном ритме без внешнего эталона.

За сутки измерений прототип достиг относительной точности около 10 в минус 15-й степени — это ошибка примерно в одну секунду за 30 миллионов лет. Пока это не уровень лучших оптических атомных часов мира, но для первого прототипа результат выдающийся.

«Это ещё не уровень лучших оптических атомных часов, но для первого прототипа — фантастический результат», — отмечает Шумм.

В дальнейшем исследователи планируют повысить точность за счёт более мощных лазеров и более качественных кристаллов тория. Это может позволить ядерным часам превзойти существующие атомные часы и установить новый стандарт измерения времени, а также улучшить измерение других физических величин.

Источники:

sciencedaily.com

Материалы предоставлены Венским техническим университетом.

L. Toscani De Col, T. Riebner, I. Morawetz, F. Schneider, N. Sempelmann, J. Schlachet-Lépinay, F. Schaden, M. Bartokos, G. A. Kazakov, K. Beeks, B. Gerstenecker, M. Pimon, S. Lahs, A. Hellerschmied, T. Lercher, H. Denker, J. Premper, A. Niessner, M. Matus, M. Čížek, O. Číp, V. Lal, G. Zitzer, V. Petrov, J. Tiedau, M. V. Okhapkin, E. Peik, T. Schumm. A thorium-229 optical nuclear clock with feedback loop. Nature, 2026; DOI: 10.1038/s41586-026-11084-4