Революція у вивченні головних сил у фізиці: вчені зробили прорив у створенні ядерного годинника

Нове досягнення робить на крок ближчим створення пристрою, який вимірює час на основі внутрішньої роботи атомів.

Фізики вперше використали лазер, щоб перевести ядро атома торію на вищий енергетичний рівень. Це досягнення відкриває шлях до розроблення нового ядерного годинника, який буде не тільки більш точним, але й може здійснити революцію в дослідженні головних сил у Всесвіті. Результати дослідження було опубліковано в журналі Physical Review Letters, пише Live Science.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Наразі найточнішим годинником у світі є атомний. Він вимірює час, стріляючи лазерами по електронах і зіставляючи частоту лазера з точними переміщеннями між енергетичними рівнями. У такий спосіб учені отримують точну частоту коливань, які є ходом атомного годинника.

Але атомний годинник не ідеальний. Електрони, на яких він покладається для відліку часу, вразливі до перешкод від магнітних полів або інших впливів довкілля, які можуть незначно змінити їхні енергетичні рівні, частоту лазерного світла, а отже, і відлік часу.

Ядерний годинник використовуватиме переходи між енергетичними станами ядер усередині атомів, тому він захищений від зовнішнього втручання. Але багато проміжків між енергетичними рівнями ядер у тисячі разів більші, ніж у електронів, отже, вони дуже великі, щоб їх могла подолати енергія лазера.

Ще 50 років тому фізики виявили, що ізотоп торій-229 має енергетичний рівень, який можна подолати за допомогою лазерного світла. Але знайти саме цей енергетичний проміжок виявилося непросто. Фізики помістили торій-229 на вищий енергетичний рівень і виміряли відмінності в енергії світла між рівнями.

За останні 50 років фізики звузили кількість енергії, необхідної для того, щоб викликати переміщення на такий енергетичний рівень, до крихітних часток електрон-вольта, але цієї точності все ще було недостатньо.

Щоб уточнити точне значення, вчені розмістили приблизно 10 у 17-му ступені ядер торію-229 всередині кристалів фториду кальцію, що значно збільшило ймовірність знайти потрібний перехід. Після багатьох спроб фізики побачили, як атом торію переміщується між енергетичними станами. Зміна енергії склала 8,35574 електрон-вольта.

Автори дослідження кажуть, що знадобляться роки для створення такого ж точного ядерного годинника, як і його атомні аналоги. Але це дасть змогу краще вивчити природу темної енергії, темної матерії і головних сил Всесвіту.

За словами фізиків, ядерний годинник забезпечить надзвичайно точне вимірювання різниці енергій між двома зв'язаними станами ядра атома. Ці дві енергії зв'язку є результатом трьох із чотирьох фундаментальних сил у фізиці: електромагнітної взаємодії, сильної взаємодії та слабкої взаємодії. Ці сили змінюються залежно від часу або місця розташування в просторі, і ядерний годинник має це побачити.

Як уже писав Фокус, вчені знайшли Святий Грааль геотермальної енергії. Дослідники кажуть, що магма в серці Землі здатна давати неймовірну кількість енергії.

Також Фокус писав про причини того, чому деякі вчені вважають, що весь навколишній Всесвіт насправді знаходиться всередині величезної чорної діри.