За последние дни произошли два значительных прорыва в области точного измерения времени. В Венском техническом университете (TU Wien) были представлены самостабилизирующиеся ядерные часы. Одновременно с этим аналогичные часы представил Университет Цинхуа в Пекине. В основе обоих устройств лежат ядра тория-229.

Кристалл в вакуумной установке с лазерным лучом, возбуждающим ядра тория. Фото: Венский технический университет

Вскоре после этого в китайских СМИ появились утверждения о том, что китайские ядерные часы превосходят модель из Австрии. Однако столь однозначно утверждать это нельзя, поскольку эти часы различаются по принципу реализации и не проходили прямого сравнительного тестирования. Если в одном аспекте лидируют китайские часы, то в другом преимущество имеют австрийские.

В ядерных часах, разработанных в Венском университете, используется торий-229, поскольку он отличается от других элементов одной ключевой характеристикой: энергетические уровни его ядра расположены сравнительно близко друг к другу. Благодаря этому для перевода системы между энергетическими состояниями можно использовать специальный лазер, не требующий огромных затрат энергии. Таким образом, задающим ритм элементом становятся не электроны, а само атомное ядро.

Поскольку в обычных атомных часах лазер требует периодической подстройки, команда под руководством Торстена Шумма разработала ядерные часы, способные выполнять эту корректировку автоматически. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature.

«На самом деле нам нужны самостабилизирующиеся ядерные часы, — поясняет Шумм в пресс-релизе Венского технического университета. — Основная идея проста: есть лазер и есть торий. Лазер изменяет энергетическое состояние ядер тория, а сами ядра используются для стабилизации частоты лазера».

Таким образом, исследователи создали систему обратной связи, которая фиксирует отклонения частоты лазера и корректирует его работу. Они провели 24-часовой цикл работы своих ядерных часов и сравнили полученные данные с показаниями обычных атомных часов.

Измеренная стабильность соответствует погрешности примерно в одну секунду за 30 миллионов лет. Теперь планируется повысить точность с помощью ряда мер.

Ядерные атомные часы, разработанные в Университете Цинхуа (Пекин), также оснащены механизмом самостабилизации. В ходе эксперимента, результаты которого были опубликованы в тот же день в журнале Nature, измерялась кратковременная стабильность. Согласно полученным данным, она оказалась в 6 раз выше, чем у венских часов.

Действительно, в китайском исследовании было зафиксировано значительно меньшее отклонение. Однако в качестве эталона использовался собственный контур регулирования системы. В Австрии же стабильность дополнительно сверяли с показаниями обычных атомных часов. В связи с этим напрямую сравнивать стабильность двух систем ядерных атомных часов довольно сложно.