Primary papers in PRL and Nature confirmed direct laser excitation of thorium-229 and its coupling to an optical clock.
Физици възбудиха ториево атомно ядро с лазер
Прекият контрол върху атомното ядро проправя пътя към свръхустойчиви ядрени часовници.
Историята продължава
Атомните часовници запазват преднината си пред ториевите технологии
28 септември 2026 г.Физиците постигнаха напредък при ядрените часовници, но конвенционалните системи първи вдигнаха летвата за точност.
Физици създадоха първите ядрени часовници
26 септември 2026 г.Две независими групи учени поддържаха непрекъсната работа на прототипи в продължение на денонощие, проправяйки път към по-устойчиво и свръхточно измерване на времето.
Същината
Физици постигнаха директен лазерен контрол върху атомното ядро на торий-229, премахвайки дългогодишна бариера пред създаването на часовници, защитени от електромагнитен шум. Чрез внедряване на изотопа в кристали от калциев флуорид и свързване на сигнала с оптични атомни стандарти чрез честотни гребени, изследователите изградиха първия в света прототип на ядрен часовник и отвориха пътя за фундаментални проверки на законите на физиката.
Акценти
- Торий-229 притежава достъпно ядрено енергийно състояние от приблизително 8,4 електронволта.
- Лазери във вакуумния ултравиолетов диапазон фиксираха резонансната дължина на вълната точно на 148,3821(5) nm.
- Честотата на ядрения преход бе окончателно потвърдена на 2020,409(7) THz.
- Изследователите свързаха прехода в тория със стронциев оптичен часовник на JILA с помощта на оптичен честотен гребен.
Из дневника на редактора
Преместването на хронометричния механизъм от орбиталните електрони към защитеното атомно ядро елиминира влиянието на околната среда, което днес ограничава прецизността на най-точните измервателни уреди.
Кой участва
Торстен Шум (Thorsten Schumm)
Квантов физик във Виенския технически университет (TU Wien), ръководещ разработването на ториевите кристали
цел → Да синтезира кристали с примес на торий и да докаже практическата приложимост на твърдотелните ядрени часовници
TU Wien
Технически университет във Виена, Австрия, осигуряващ материалната база за отглеждане на кристали и лазерна физика
цел → Да затвърди институционалното си лидерство в ядреното измерване на времето от следващо поколение
Physikalisch-Technische Bundesanstalt
Германският национален метрологичен институт (PTB), разработил лазерната система във вакуумния ултравиолетов диапазон
цел → Да конструира свръхточни спектроскопски инструменти във вакуумния ултравиолетов диапазон за възбуждане на ядрото
Дзюн Йе (Jun Ye)
Физик в JILA (съвместен институт на NIST и University of Colorado Boulder)
цел → Да свърже ядрения преход на тория с оптични честотни гребени и съществуващи атомни часовници
Накратко
Q: Какво се променя днес?
- Измерването на времето навлезе директно в атомното ядро, извеждайки часовниковите системи отвъд уязвимите външни електрони.
Q: Какво предстои?
Как се разви
Първо директно лазерно възбуждане на торий-229
Екипи, ръководени от Виенския технически университет (TU Wien) и германския национален метрологичен институт Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), преодоляха основното препятствие пред ядреното измерване на времето. В публикация в научното списание Physical Review Letters изследователите потвърдиха прякото лазерно възбуждане на енергийно състояние от 8,4 електронволта в торий-229 с помощта на легирани кристали от калциев флуорид. Те установиха точно преходната честота на 2020,409(7) THz и дължината на вълната на 148,3821(5) nm.
Прототип на ядрен часовник, свързан с оптични стандарти
След като засякоха резонанса, изследователите превърнаха лабораторното откритие в работеща часовникова система. TU Wien си сътрудничи с JILA — съвместен институт на Националния институт за стандарти и технологии на САЩ (NIST) и Университета на Колорадо в Боулдър (University of Colorado Boulder), за да свърже ядрения преход на торий-229 със съществуващ оптичен атомен часовник със стронций. Връзката бе осъществена чрез оптичен честотен гребен — лазерна линийка, която преобразува бързите оптични трептения в измерими сигнали. Съвместният експеримент изгради базовия работен цикъл на действащ прототип на ядрен часовник.
Докъде стигна историята
Няколко независими лаборатории вече окончателно потвърдиха честотата на прехода и лазерното възбуждане на торий-229. Научните усилия в момента са насочени към сглобяването на напълно функциониращи твърдотелни ядрени часовници и системи с уловени йони. Тези устройства имат потенциала да надминат действащите оптични часовници с решетка и да покажат дали фундаменталните физични константи във Вселената се изменят с времето.