Недавние прорывы в технологии измерения времени могут переопределить секунду, единицу измерения, критически важную для современной жизни, включая GPS и системы связи. В сентябре 2024 года исследователи в США достигли значительного рубежа, разработав ядерные часы на основе тория-229, которые измеряют переходы, происходящие в ядре атома.
Традиционно секунда определялась с 1967 года по переходам атомов цезия-133, которые происходят 9 192 631 770 раз в секунду. Однако новые ядерные часы обещают частоту примерно в миллион раз выше, чем у цезия. Этот скачок в точности может улучшить точность GPS и позволить ученым исследовать чрезвычайно быстрые процессы с беспрецедентной детализацией.
Путь к этому достижению потребовал преодоления значительных технологических препятствий, особенно в создании частотных гребней, способных измерять быстрые переходы в ядре тория с использованием ультрафиолетового света. Эта инновация не только прокладывает путь к более точному измерению времени, но и имеет потенциальные последствия для фундаментальных теорий в физике, таких как общая теория относительности и квантовая механика.
Принципы работы атомных часов
Атомные часы работают на основе колебаний атомов под воздействием микроволн. Основные компоненты таких часов включают:
Вакуумная камера: обеспечивает отсутствие внешних воздействий на атомы.
Кварцевый генератор: генерирует микроволны, которые возбуждают атомы цезия.
Детектор: фиксирует количество энергетических переходов атомов.
При нагревании хлорида цезия образуется поток ионов, который проходит через магнитный фильтр. Этот фильтр отбирает атомы с низким уровнем энергии, которые затем подвергаются воздействию микроволн. Энергетические переходы фиксируются счетчиком, который отсчитывает количество колебаний
По мере того как продолжается поиск точности, эпоха цезиевой секунды может вскоре подойти к концу, открывая новую эру измерения времени, которая может трансформировать различные научные и технологические области.