Если повысить энергетическое состояние ядра атома с помощью лазера, то можно заменить нынешние атомные часы на более точные ядерные часы, считали физики многие годы. Это позволит точно выяснить, являются ли фундаментальные постоянные действительно постоянными или же только кажутся такими потому, что их измерили не очень точно. Теперь группа физиков достигла, казалось бы, невозможного. Они внедрили атом тория в кристалл и направляли на него лучи лазера. В результате им удалось заставить ядро атома тория поглощать и излучать фотоны, как это делают электроны в атоме.

Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Новое достижение означает, что теперь можно более точно проводить измерения времени, гравитации и других полей, которые сейчас делают с помощью электронов. На то, как электроны поглощают и излучают фотоны, влияет много факторов, а это ограничивает точность измерений. А нейтроны и протоны в ядре атома меньше зависимы от окружающих факторов.

По словам физиков, новая технология позволит выяснить происходит ли изменение фундаментальных постоянных. Например, это касается постоянной тонкой структуры, которая определяет силу электромагнитного взаимодействия и удерживает атомы вместе. Предполагается, что постоянная тонкой структуры может быть не одинаковой по всей Вселенной и в любой момент времени. Точное измерение этой постоянной с помощью ядерных часов может позволить переписать некоторые из основных законов природы.

Ученые впервые решили проводить стимулирование ядер атомов тория-229, внедренных в кристаллы, с помощью лазеров. Заставить нейтроны в ядре атома реагировать на свет лазера сложно, ведь окружающие электроны легко реагируют на свет и могут уменьшить количество фотонов, которые могут попасть в ядро. Частица, уровень энергии которой повысился, например, в результате поглощения фотона, находится в "возбужденном" состоянии.

Физики поместила атомы тория-229 в кристалл, богатый фтором. Фтор может образовывать очень прочные связи с другими атомами, удерживая атомы и открывая ядро. Электроны были настолько тесно связаны с фтором, что количество энергии, необходимое для их возбуждения, было очень большим, что позволяло свету с более низкой энергией достигать ядра. Ядра тория могли поглощать эти фотоны и повторно излучать их. Это позволило обнаружить и измерить возбуждение ядер атомов. Изменяя энергию фотонов и отслеживая скорость возбуждения ядер, физики смогли измерить энергию возбужденного состояния ядра атома.

Ученые считают, что новую технологию можно применить везде, где нужна чрезвычайная точность измерения времени, например, это касается зондирования, связи и навигации. Ядерные часы на основе тория будут точнее, меньше по размеру, более надежные, чем атомные часы, считают физики.

Также авторы говорят, что более точное измерение ядра атома позволит больше узнать о его свойствах и взаимодействии с энергией и окружающей средой. Это позволит проверить главные теории о материи, энергии и законах пространства и времени.

Ученые считают, что новый метод измерения, основанный на ядре атома, может позволить измерять некоторые фундаментальные постоянные настолько точно, что, возможно, придется перестать называть их постоянными. 

Источник: YouTube