Добавить новость
ru24.net
Все новости
Сентябрь
2024

Крупный прорыв обещает новую эру сверхточных ядерных часов

0

Фото из открытых источников
Атомные часы являются вершиной точного измерения времени, используются для определения секунды и включены в GPS и телекоммуникационные сети. Но, возможно, это скоро изменится. Точно увеличив масштаб определенного энергетического перехода в атомном ядре, исследователи приблизились как никогда раньше к созданию нового типа хронометра: ядерных часов. Такие устройства могут превзойти самые передовые атомные часы по точности и стабильности, что воодушевляет ученых использовать их в качестве зондов темной материи и других фундаментальных вопросов физики.

Новая работа, опубликованная в журнале Nature, является первым случаем, когда исследователям удалось заставить все компоненты ядерных часов «работать одновременно», говорит соавтор исследования Цзюнь Йе, физик из JILA, совместного исследовательского центра, финансируемого Национальным институтом стандартов и технологий и Университетом Колорадо в Боулдере.

«Это действительно существенный шаг вперед, который они сделали», — говорит Эккехард Пейк, физик из PTB, национальной метрологической лаборатории Германии. «Удивительно, как эта область ускорилась и набрала обороты», — говорит Сандро Кремер, физик из Католического университета Лёвена.

Атомные часы основаны на энергетических переходах в облаке электронов атома. Микроволна или лазер определенной частоты используются для подталкивания электронов к более высокому энергетическому состоянию. Эти электронные переходы служат для стабилизации лазерных или микроволновых колебаний, которые обеспечивают «тиканье» часов — миллиарды или даже триллионы в секунду.

Ядерные часы предлагают потенциал для усовершенствования, поскольку для того, чтобы заставить протоны и нейтроны в ядре подпрыгнуть в энергии, требуется лазерный свет гораздо более высокой частоты, что позволяет измерять время с гораздо более мелкими тиками. Что еще важнее, атомные ядра не так чувствительны к внешним электрическим и магнитным полям, как электроны, что делает ядерные часы по своей сути более стабильными. Но большинство атомных ядер имеют энергии возбуждения, которые слишком высоки для любого лазера.

Однако у тория есть аномально низкоэнергетический переход, и в 2003 году Пейк и его коллега из PTB Кристиан Тамм предложили его в качестве основы для часов. «Нам очень повезло, что природа дала нам это ядро», — говорит Крамер.

Однако для разработки лазера, который мог бы возбуждать ядро, исследователям нужно было точно знать, какова энергия возбуждения тория-229. И только в прошлом году группа в ЦЕРНе, европейской лаборатории физики элементарных частиц, обнаружила фотоны, испускаемые торием-229 при его распаде из возбужденного состояния в основное, и измерила их энергию: около 8,4 электронвольт. Ранее в этом году Пейк и его коллеги улучшили это измерение, построив ультрафиолетовый лазер, чтобы перевести торий-229 в возбужденное состояние, а затем зарегистрировав испускаемый свет, когда он релаксировал примерно через 10 минут, еще больше зафиксировав энергию возбуждения до 8,35574 электронвольт — и определив связанную с этим частоту лазера, которая составила около 2020 терагерц.

Это все еще недостаточно точно, чтобы сделать точные часы. Поэтому Йе и его коллеги решили усовершенствовать поиск, используя лазерную частотную гребенку, которая генерирует свет на 100 000 стабильных, тонко разделенных частотах — «зубцах» гребенки.

Исследователи JILA настроили частотную гребенку на кристалл фторида кальция размером с песчинку, в который были внедрены сотни триллионов атомов тория-229. Они медленно сдвигали линии гребенки, сканируя диапазон частот. Однажды в мае, около полуночи, Чуанкунь Чжан, аспирант JILA, увидел, что одна из линий лазерной гребенки попала, заставив торий флуоресцировать с характерной вспышкой фотонов.

Частотная гребенка помогла исследователям определить частоту лазерного перехода примерно в миллион раз точнее, чем команда Пейка. И поскольку эта частотная линия была идеально связана с другими на гребенке, они смогли подключить лазер к одним из самых точных в мире атомных часов, которые основаны на стронции. Эта связь предоставила ключевые данные о работе ядерных часов и помогла команде исследовать ядерный переход. В будущем эта связь могла бы помочь интегрировать ядерные часы в существующие системы хронометража. Но для разработки рабочих часов лазер должен быть стабилизирован с помощью ядерного перехода. Чжан говорит, что сделать это было бы «тривиально», но пока не сделало бы часы более точными.

Теоретически часы на основе атомов тория, запертых в кристалле, будут более стабильными и портативными, чем существующие атомные часы, которые используют электромагнитные ловушки и дополнительные лазерные системы для охлаждения и удержания атомов на месте. Такие часы можно использовать для исследования влияния гравитации на время — часы, разделенные всего на 1 миллиметр, как было показано, тикают с разной скоростью из-за крошечных различий в гравитации, которую они испытывают. Изысканные хронометристы могли бы отслеживать небольшие изменения, которые могут быть вызваны прохождением гравитационных волн или смещением магмы под землей перед вулканическими извержениями.

Другим заманчивым физическим применением ядерных часов могла бы стать охота за кандидатами на роль частиц темной материи, невидимого вещества, которое, как полагают, составляет 85% массы во Вселенной. Многие модели предлагают сверхлегкие частицы темной материи, которые будут напрямую взаимодействовать с сильным ядерным взаимодействием, притяжением, которое связывает протоны и нейтроны вместе в ядрах. Если бы эти частицы взаимодействовали с ядрами тория, они бы нарушили частоту перехода, сбив часы обнаруживаемым образом. «Здесь впервые у нас есть прямой доступ к сильному сектору», — говорит Элина Фукс, физик-теоретик из Ганноверского университета имени Лейбница. «До сих пор это окно было закрыто или доступно только косвенно, а теперь оно широко открыто».

Работа уже раскрывает ядерное поведение в беспрецедентных подробностях. Измерения JILA предоставили доказательства того, что атомные ядра, такие как торий, неожиданно разбухают и сжимаются при переходе между возбужденным и основным состояниями. «Ядерная физика не была предметом очень точных измерений просто потому, что у нас нет такой возможности», — говорит Йе.

Теперь это меняется, и все благодаря скромным часам. «Самое простое для измерения физической величины — это частота», — говорит Йе. «И именно поэтому часы являются лучшими научными инструментами, созданными человеком».



Moscow.media
Частные объявления сегодня





Rss.plus



ТСД SAOTRON RT41 GUN: практичный, производительный, надёжный

Раскрутка Сайта. Раскрутка сайта Москва. SEO раскрутка сайта. Заказать раскрутку сайта. Раскрутка сайта ru.

Релиз трека. Релиз новой песни. Релиз сингла. Релиз Музыкального альбома.

За прошедшую неделю подмосковные росгвардейцы выезжали более 2100 раз по сигналам «Тревога» с охраняемых объектов


Главные инженеры сервисных локомотивных депо Северного полигона обменялись опытом организации технологических процессов и бережливого производства.

К ноябрю в Катунском заповеднике начнет работу музей меда

Стартовал физкультурно-спортивный фестиваль для людей с инвалидностью «Сочи-2024»

«Не могу быть против»: Ольга Серябкина высказалась о возобновлении группы «SEREBRO»


Katie Santry's Viral TikTok Videos Lead to Police Investigation for Possible Body Buried in Her Backyard

The Western auto industry is now locked in a 'Darwinian' make-or-break battle with China, the chiefs of 2 major automakers warn

Cyprus Business Now: high rents, financial support to wine industry, PwC’s Academy Business Professionals Certificate

My husband and I just took our first kid-free vacation. It helped me realize how much he's changed since becoming a father.


Участок трассы Краснодар – Ейск на Кубани отремонтировали по БКД

Беляевскую премию вручили за развитие ИТ и искусственного интеллекта

"Осенний вид с вершины"

Золотая осень в Пулковском парке


A Quake 2 Remaster dev has rebuilt the game's unique PlayStation port from scratch and released it as a free add-on

Metaphor: ReFantazio's ReViews are in, and the Persona follow-up looks like 2024's unanimous RPG hit

The Big Catch: Tacklebox is the hardest 3D platformer I've ever played, 8+ hours long, and a free to play 'prologue' to a bigger, better game on the way

The Case of the Golden Idol has done so well that it's getting a free definitive edition upgrade



Раскрутка Сайта. Раскрутка сайта Москва. SEO раскрутка сайта. Заказать раскрутку сайта. Раскрутка сайта ru.

Мари Краймбрери, Клава Кока, bearwolf и не только! Like FM устраивает звездный девичник

XI Всероссийский конкурс «Лучшая инклюзивная школа России-2024»

Детское радио поддерживает миссию «Заступник»




Смотрим УлПравда ТВ. Перемены погоды, подача тепла и незаконная охота

ТСД SAOTRON RT41 GUN: практичный, производительный, надёжный

Индивидуальные кухни на заказ в Санкт-Петербурге

Садыр Жапаров выступил на заседании Совета глав государств СНГ в Москве


Следствие побило все рекорды // За взятку в 7 миллиардов фигурант отсидит 16 лет, вернув стране на 500 миллионов больше

КХЛ. ЦСКА — «Салават Юлаев». Прямая трансляция: смотреть онлайн

«Геоаналитика» от «Яндекса»: Новый инструмент для бизнес-анализа городов

Садыр Жапаров выступил на заседании Совета глав государств СНГ в Москве


Джокович вышел в третий круг «Мастерса» в Шанхае

Рыбакина узнала место в рейтинге WTA после разгрома в финале топового турнира

Елену Рыбакину официально обошли в топ-5 рейтинга WTA

Даниил Медведев выходит в 4-й раунд ATP Шанхая после победы над Арнальди


Турнир по гольфу «Сильные фигуры» завершился в Подмосковье

Главы государств СНГ подписали пакет документов по итогам саммита в Москве

КХЛ. ЦСКА — «Салават Юлаев». Прямая трансляция: смотреть онлайн

«Геоаналитика» от «Яндекса»: Новый инструмент для бизнес-анализа городов


Музыкальные новости

«Времена года» Антонио Вивальди прозвучат в Эрмитаже

Вдохновение от Образцовой: Таланты, продолжающие традиции

Октябрьские концерты знаменитого пианиста Мацуева в Новосибирске не состоятся

Тату, побег, анорексия. Как бунтуют дети Яковлевой, Успенской, Кафельникова



Раскрутка Сайта. Раскрутка сайта Москва. SEO раскрутка сайта. Заказать раскрутку сайта. Раскрутка сайта ru.

KAMBULAT презентует новый альбом в VK Gipsy. Like FM дарит билеты

Выиграй поездку на Like Party «ДЕВИЧНИК»

XI Всероссийский конкурс «Лучшая инклюзивная школа России-2024»


В Кремле заявили, что Путин встретится с Лукашенко 9 октября

Московские клубы сошлись в пару // Победив «Динамо», ЦСКА догнал конкурента

Минниханов - «КАМАЗ-мастеру»: «Ваши дальнейшие планы и подходы поистине революционны»

В Туле принудительно депортировали восемь граждан Узбекистана


Проблемы сердечно-сосудистых заболеваний у молодежи: разбор с экспертами "Светофора здоровья"

Рэпер A.V.G попал в аварию в Москве и разбил свой Mercedes AMG GT

SHOT: рэпер A.V.G разбил люксовый Mercedes в аварии в Москве

На видео попало место ДТП на юге Москвы, где Toyota с людьми упала в реку


Путин: страны СНГ совместно отметят 80-летие победы в ВОВ в 2025 году

Путин предложил странам СНГ создать общий реестр мемориального наследия ВОВ

Путин: ключевое направление совместной работы стран СНГ – борьба с терроризмом

Путин и Пашинян договорились о совместной охране границы Армении с 2025 года


Более 2 тысяч человек госпитализировали в России с COVID-19 за прошедшую неделю




Врачам при трудоустройстве в Приамурье предлагают 106 тысяч рублей

В клиниках «Евроонко» прошли встречи с представителями крупнейших страховых компаний

Проблемы сердечно-сосудистых заболеваний у молодежи: разбор с экспертами "Светофора здоровья"

Аделина Панина: народные приметы о волосах, влияющие на судьбу и здоровье


Нарышкин: Киев развернул террористическую войну без шансов на победу


Тревор Мёрфи: буду удивлён, если Овечкин побьёт рекорд Гретцки в этом сезоне

Боялась открытой воды: как россиянка Смирнова утонула на триатлоне в Барселоне

"Фортуна" на льду: как многодетная мама развивает уникальную хоккейную команду для слабовидящих детей

В Воронеже прошел турнир по собачьему ездовому спорту


Лукашенко: изменения в ядерной доктрине РФ могут нести для кого-то новые риски

Лукашенко назвал коррекцию ядерной доктрины России усилением позиции Москвы и Минска

Лукашенко оценил изменения в ядерной доктрине Союзного государства

Лукашенко заявил, что коррекция ядерной доктрины РФ усилит Москву и Минск



Собянин: На заводе «СВАРЗ» для Москвы сделали уже 5 тыс. остановочных павильонов

Сергей Собянин: За лето парки Москвы приняли 73,5 миллиона гостей

Собянин: В проекте «Династии московской промышленности» уже более 100 семей

Собянин и Патрушев осмотрели выставочный комплекс «Тимирязев Центр»


К ноябрю в Катунском заповеднике начнет работу музей меда

45 электробусных маршрутов появилось в столице с начала 2024 года

К ноябрю в Катунском заповеднике начнет работу музей меда

Главный KPI цифровой трансформации бизнес-процессов — в людях


Садыр Жапаров выступил на заседании Совета глав государств СНГ в Москве

«Геоаналитика» от «Яндекса»: Новый инструмент для бизнес-анализа городов

Турнир по гольфу «Сильные фигуры» завершился в Подмосковье

КХЛ. ЦСКА — «Салават Юлаев». Прямая трансляция: смотреть онлайн


Творческие коллективы со всей России выступили на фестивале в Павловском Посаде

У соседей Архангельской области снегопад парализовал движение, на трассах образовались заторы

В Поморье более 4000 человек посетили мероприятия акции «День краеведческих знаний»

Архангельск станет одной из площадок Всероссийского марафона «Знание. Первые»


Литературно-фольклорная программа «Хлебу – почтение вечное!»

Вечер любимого актера «Я другой планеты свет»

Безногий дрессировщик хищников

Председателю СК России будет доложено о ходе расследования уголовного дела по факту насильственных действий в отношении жителя Республики Крым


Следствие побило все рекорды // За взятку в 7 миллиардов фигурант отсидит 16 лет, вернув стране на 500 миллионов больше

Армия Франции сигнализирует о готовности сражаться с Россией

Новые уроки «Разговоры о важном» прошли в школах и колледжах Подмосковья

Лукашенко заявил, что коррекция ядерной доктрины РФ усилит Москву и Минск












Спорт в России и мире

Новости спорта


Новости тенниса
Даниил Медведев

«Стали хуже после коронавируса»: Медведев неприличным образом привлёк внимание к проблеме с мячами






Основатель ABBY Давид Ян предложил создать аналог Силиконовой долины в Армении

Турнир по гольфу «Сильные фигуры» завершился в Подмосковье

«Геоаналитика» от «Яндекса»: Новый инструмент для бизнес-анализа городов

Главы государств СНГ подписали пакет документов по итогам саммита в Москве