Ящики Пандоры больше не будет: учёные построили ядерные часы

Признаюсь честно — я уже несколько лет не могу успокоиться про атомные часы. Это просто невероятные штуки. Самые точные из них не ошибутся ни на одну секунду за 30 миллиардов лет. Это дольше, чем существует вся наша Вселенная!

Но на этой неделе случилось кое-что, от чего у меня буквально подпрыгнуло сердце. Учёные сделали то, что превращает атомные часы в нечто вроде солнечных часов из детского конструктора.

Две независимые группы — одна из Венского технологического университета совместно с NIST и JILA, другая из Китая — довели до ума рабочие ядерные часы. Не прототипы, которые «тикают, но толком не работают». Настоящие, полноценные часы.

Почему ядро, а не электроны?

Объясню на пальцах. Обычные атомные часы работают так: они считают, как электроны в атомах прыгают между энергетическими уровнями. Типа считаем прыжки малюсенького мячика.

Проблема в том, что электроны — народ нервный. Их легко сбить с толку электромагнитными полями, перепадами температуры, чем угодно.

Ядерные часы используют ядро атома тория-229. Ядро — это защищённый центр. На него почти ничего не влияет извне. Представьте разницу между забегом посреди урагана и тем же забегом в герметичном боксе с идеальным климат-контролем. Меньше помех — выше точность.

Торий-229 — особый случай

Самое интересное: над разгадкой учёные бились больше двадцати лет. Большинство ядер требуют огромной энергии для переключения между состояниями — больше, чем может дать любой лазер.

Но торий-229 оказался уникальным. Его два ядерных состояния расположены так близко по энергии, что его можно «переключить» обычным лазером с правильной частотой.

Команды решили главную головоломку — как удержать лазер стабильным. Они сделали систему с обратной связью, которая постоянно подстраивает частоту лазера. Представьте робота, который непрерывно проверяет и подправляет маятник ваших часов. Элегантно, ничего не скажешь.

А зачем нам это вообще?

Вот тут начинается самое вкусное. Ядерные часы меньше подвержены внешним воздействиям. А значит, они могут уловить мельчайшие колебания фундаментальных физических констант — чисел, которые управляют сильным ядерным взаимодействием.

И вот почему это важно. Эти колебания могут вызываться частицами тёмной материи, взаимодействующей с обычным веществом так, что раньше мы просто не могли это заметить.

Напомню: тёмная материя составляет примерно 27% Вселенной. Но мы её никогда не видели напрямую. Ядерные часы могут стать нашим лучшим шансом наконец её обнаружить.

Исследователи ожидают, что ядерные часы превзойдут лучшие атомные часы уже через 2-3 года. Торстен Шумм из Венского технологического университета выразился красиво: «Первые автомобили не были быстрее дилижансов. Дело было в новой идее».

Именно это мы и получили. Новая концепция, которая может перевернуть наше понимание времени, фундаментальной природы реальности и, возможно, помочь наконец понять, из чего на самом деле состоит Вселенная.

Вот это да, правда?