Mail.RuПочтаМой МирОдноклассникиИгрыЗнакомстваНовостиПоискВсе проекты
Рассылка
Получайте главные новости дня от Hi-Tech Mail.Ru
, Источник: Чердак

«Пленение» тория позволит создать самые точные атомные часы в мире

Физики из МГУ планируют поднять их точность в сотню раз.

Евгений Ткаля из Научно-исследовательского института ядерной физики МГУ им. М. В. Ломоносова в теоретической работе показал, что темпом перехода ядра тория-229 из основного состояния в возбужденное можно управлять. Это позволит создать часы в десятки раз более точные, чем самые лучшие современные атомные хронометры. Эксперименты, проведенные в НИЯУ «МИФИ», уже подтвердили правоту его предположений. Соответствующая статья опубликована в Physical Review Letters.

National Physical Laboratory

Сегодня самые точные часы называют атомными. В них используется пара ионов металлов, «подвешенных» в электромагнитной ловушке на расстоянии нескольких микрометров друг от друга. Их обстрел лазером позволяет (по изменению рассеивания импульса на ионе) понять, в каком именно состоянии находится «тикающий» атом.

В одном из состояний, которое энергетически чуть выше другого, дополнительная энергия атома переходит к электрону, а во втором состоянии — нет. Колебания системы между двумя такими состояниями — это «тикание» атомных часов. Первый из двух атомов (чаще всего цезия) в электромагнитной ловушке является «хранителем» времени, а второй атом необходим для снятия данных о состоянии первого.

Несколько лет назад на Западе возникла идея использовать в часах вместо получения энергии электроном, получение энергии фотоном. Дело в том, что при переходе с одного энергетического уровня на другой ядро атома испускает фотон. Такой энергетический переход может быть намного быстрее, чем для электрона — а значит, система будет иметь более высокую точность. Однако существовала одна проблема — для большинства атомов этот переход происходит слишком быстро (их «тиканья» будет трудно подсчитать), а энергия фотона слишком велика для безопасного функционирования подобных часов.

Среди наиболее подходящих кандидатов на материал для таких часов — ядро тория-229. У него уникальный и достаточно низкоэнергетический переход, при котором излучается фотон ультрафиолетового диапазона. Но и здесь не обошлось без сложностей.

Дело в существовании так называемой внутренней конверсии — высвобождающаяся при переходе энергия не «вылетает» из ядра в виде фотонов, а передается одному из электронов, ломая весь процесс измерения времени. В обычном одиночном атоме тория-229 вероятность получения энергии электроном в миллиард раз выше, чем ее передача фотону.

Идея российского физика заключается в том, чтобы поместить атом тория в кристалл с большой шириной запрещенной зоны. В таком случае электронная оболочка атома тория, под влиянием окружающего кристалла, должна полностью перестроиться, из-за чего внутренняя конверсия (передача энергии электрону) оказывается запрещена — энергия, которую приобрел бы электрон совпадает с запрещенной зоной значения энергий электрона, характерной для окружающего материала. Как показали расчеты исследователя, таким «берущим в плен» торий материалом может быть особо тонкая пленка диэлектрика или металла.

В итоге, как оказалось, даже спонтанной эмиссией фотонов можно управлять, если поместить атом тория внутрь таких тел. «Пленившая» атом оболочка, в зависимости от свойств и толщины, может изменить темп перехода в 50 раз.

Это позволяет сделать заметной спектральную линию излучаемого атомом фотона ультрафиолетового диапазона, а значит дает возможность отсчитывать время на порядок точнее, чем в стандартной схеме ядерных часов на тории. Согласно оценке автора работы — речь может идти о точности вплоть до 10−20, что в сто раз точнее, чем в лучших схемах атомных часов, предлагавшихся ранее.

Также ученый поделился последними результатами проведенных группой экспериментаторов в НИЯУ «МИФИ» опытов, в которых удалось пронаблюдать возможность контроля вероятности излучения. Таким образом, полученные в данной работе теоретические результаты уже получили подтверждение в эксперименте.

Повышение точности атомных часов неразрывно связано с ростом точности систем спутникового геопозиционирования — ГЛОНАСС, GPS и им подобных. Это важно как для военных, так и для гражданских целей. Например, быстро развивающимся беспилотным автомобилям повышение точности спутниковой навигации позволило бы значительно проще передвигаться без вмешательства водителя.

Это тоже интересно:

Поделитесь с друзьями открытием российских ученых, нажмите на кнопки соцсетей ниже
Хиты продаж и новинки
Самые лучшие цены на смартфоны
Вы подписались на рассылку.Отменить
Подписаться на рассылку
Комментарии
6
Валерий Аврамчук
Наконец-то о народе подумали. Тема -то злободневная и актуалтная. Ждем новостей об открытии небесного светила - Солнца.
СсылкаПожаловаться
Штиглиц
Лучше б дороги качественные появились.а часы подарите премьеру .
СсылкаПожаловаться
Елена Нерсесова
В ответ на комментарий от Justa Rixa
Justa Rixa
а можно просто батарейку в часах поменять, настроить по телеку или инету, и всётбудет в ажуре. РКН - х..йло!
СсылкаПожаловаться
Рекомендую почитать и данную статью, и статьи о том откуда берется время и как оно синхронизируется, что бы не писать глупые комментарии. А то видно, что читаешь только заголовки.
СсылкаПожаловаться
Чтобы оставить комментарий, вам нужно авторизоваться.
Обнаружили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Подпишитесь на нас
Новости Hi-Tech Mail.Ru