Пробивът на физиката приближава ядрения часовник до реалността

Регистрирайте се за бюлетина за научна доктрина на CNN. .

Представете часовник, който тича толкоз устойчиво, че не губи секунда, даже и откакто се кандидатира за 1 милиард години. Учените към този момент са по -близки от всеки път, с цел да осъзнаят това равнище на точност на времето, разкриха нови проучвания.

Такова устройство доста би надминало опциите на атомните часовници, които дефинират обсега на секундата посредством следени енергийни скокове в електроните на атомите и сега са върхът на точността за премерване на времето. В атомните часовници алармира, които възбуждат атомите, които се двоумят с периодичност на милиарди пъти в секунда.

Наскоро откривателите създадоха техника, която може да увеличи тази акуратност посредством задействане и премерване на трептенията в още по -сложна цел: ядро ​​на атом. За този нуклеарен часовник учените използваха ултравиолетова светлина, с цел да възбудят нуклеарните частици в атом на торий-229, вграден в корав кристал. След това те мерят честотата на енергийните импулси, засягащи ядрото - еквивалентът на махалото в елементарен часовник - посредством броене на вълните в UV сигнала, употребявайки инструмент, наименуван оптична честотна гребен.

Причиняването на енергийни скокове в ядрото изисква доста по -висока честотна сигнал, в сравнение с е належащо за атомните часовници. С повече вълнови цикли в секунда се чака този метод да обезпечи по -точни измервания на времето.

Докато нуклеарният им часовник към момента е в ход, откакто схванаха, че може да трансформира освен поддържането на времето, само че и проучването на физиката, даже засягайки по какъв начин учените изследват тъканта на Вселената. Прототипът към момента не е толкоз прецизен, колкото атомен часовник, само че се чака бъдещите версии да бъдат евентуално още по -прецизни и постоянни, съгласно проучвания, оповестени на 4 септември в списанието Nature.

Сега, когато откривателите демонстрират, че е допустимо да се създават и мерят тези сигнали, „ има доста неща, които можем да натиснем за по -нататъшно възстановяване на точността “, споделя съавторът на изследването Чункун Джан, аспирант в лабораторията на д -р Джун Йе в лабораторията на лабораторията на лабораторията на д -р Джун Йе в лабораторията на лабораторията на д -р Джун Йе в лабораторията на Джун Йе в лабораторията на Джун Йе в лабораторията на Джун Йе в лабораторията на Джун Йе в лабораторията на Джун Йе в лабораторията на Джун Йе в лабораторията на Джун Йе в лабораторията на Джун Йе в лабораторията на Джун Йе в лабораторията на Джун Йе JILA - Съвместен проучвателен център, финансиран от Университета в Колорадо Боулдър и Националния институт за стандарти и технологии.

Например, Джан сподели пред CNN, че корекциите могат да включват конфигуриране на подравняването и честотата на лазерите, пингиращи ядрото.

„ Тази работа в действителност бележи зората на нуклеарен часовник “, споделя д -р Олга Кочавская, отличен професор по физика в Тексаския университет A&M, който не е взел участие в проучването.

През 2023 година Кочавская и други откриватели тестваха ядра на скандий-45 атоми като вероятни претенденти за нуклеарен часовник. По това време тези атоми създават най-здравия преход на енергия-и измерим импулс-виждан в миналото в ядро, само че новите резултати от Thorium-229 генерираха по-силен сигнал и бяха по-стабилни, сподели Kocharovskaya пред CNN в имейл.

„ По -широкото значение е в увереността, която този документ обезпечава в действителността на нуклеарния часовник “, сподели тя. „ Не оставя подозрения, че подобен часовник е изпълним и ще бъде издигнат скоро. “

Време след време

В атомните часовници електроните на атома са пингирани с електромагнитно лъчение при характерни честоти. Изблиците на сила възбуждат електроните, изтласквайки ги в по -висока орбита към атома. Колебанията, които задействат преходите на електроните сред положенията, бележат времето, съгласно НАСА.

Надеждността на атомните часовници е доста по -голяма, в сравнение с при ежедневните часовници, които мерят секунди във вибрациите на кварцовите кристали, които са склонни да отпаднат от синхронизация. От десетилетия атомните часовници се употребяват в GPS технологиите, за изследване на космоса и за опазване на интернационалното време.

Въпреки това, атомните часовници също са уязвими от загуба на синхронизация. Електромагнитните разстройства могат да нарушат възбудените електрони и да повлияят на точността на времето за поддържане, сподели Джан.

Частиците в ядрото на атома, въпреки това, са по -трудни за пропаганда от електроните. Протоните и неутроните са компактно свързани от мощната нуклеарна мощ - най -мощната от всички съществени сили. Дължините на вълните, които могат да провокират преход на ядро, се двоумят при по -високи честоти, което разрешава по -прецизни измервания на времето, оповестяват откривателите.

Преди това изследване имаше няколко значими пробиви за развиването на нуклеарни часовници. Първият, през 1976 година, е откритието, че ториевото ядро ​​е „ неповторимо нискоенергийно “ и може да бъде изтласкано във възбудено положение посредством потребление на вакуум ултравиолет или VUV, лазерна светлина. До 2003 година учените предлагаха, че защото ториумът изисква по-малко сила, с цел да възбуди ядрото си, в сравнение с множеството други типове атоми, изотопният торий-229 ще бъде добър претендент за нуклеарни часовници, съгласно изследването.

През 2023 година учените вкарват способ за вграждане на торий-229 в кристали; Тази твърда система потиска сигналите от нуклеарен разпад, което прави мечтаните сигнали по -лесни за следене. По-рано тази година други откриватели мерят дължината на вълната на VUV светлина, нужна за възбуждане на ядрото в торий-229.

„ Нашата работа се построява на всичкото от горната страна “, сподели Джан. „ С нашия честотен гребен източник на светлина и този кристал успяхме да възбудим нуклеарния преход и другите сили на преход. “ Резултатите им са били към 1 милион пъти по -прецизни от предходните измервания, добави Джан.

„ Този ​​документ е същинска обиколка “, споделя д -р Шимон Колковиц, доцент и ръководител по физика в Калифорнийския университет, Бъркли.

„ Качеството на данните и скоростта, с които те реализираха забележителните резултати в този нов ръкопис, е в действителност необикновено “, споделя Колковиц, който не е взел участие в проучването. „ Той съставлява съществена стъпка напред в развиването на нуклеарни часовници, за които физиците работят от десетилетия. “

Революциониране на физиката

Точността и стабилността на атомните часовници към този момент предоставиха на учените значими принадлежности за проучване на трусове, гравитационни полета и време за пространство. Тези полета биха могли да изпитат „ главен подтик “ от нуклеарните часовници, сподели Кочавская. Ядрените часовници биха били освен по -прецизни, само че и по -опростени и по -преносими, тъй като за разлика от атомните часовници, те няма да изискват високи вакуумни условия, извънредно изстудяване и мощно екраниране от магнитни и електрически разстройства, сподели тя.

Изследването на самата физика може да бъде революционирано от нас