Человечество стоит на пороге новых часов, которые изменят представление об измерении времени. Сразу несколько научных групп в мире — в США, Китае, Европе и России — объявили об экспериментах по созданию ядерных часов на основе изотопа тория-229. В основе этой гонки лежит идея, высказанная более 30 лет назад российским ученым, профессором НИЯУ МИФИ Евгением Ткалей. Сегодня, по словам участника российской группы Петра Борисюка, отечественные физики вынуждены догонять зарубежных коллег, хотя именно российский теоретик заложил фундамент. Ядерные часы позволят уточнить определение секунды до 10⁻²⁰ степени — что в сотни тысяч раз точнее нынешних стандартов.
На протяжении десятилетий физики искали способ измерять время с недостижимой точностью. Обычные атомные часы, основанные на колебаниях электронов, — это вершина современной метрологии. Но есть еще более стабильная, еще более точная система — ядерные переходы. И единственный известный изотоп, который позволяет управлять ими с помощью лазера, — торий-229.
Идея использовать ядерный переход тория-229 для создания сверхточного стандарта времени появилась еще в 1990-х годах. Ее автором стал российский физик, профессор НИЯУ МИФИ Евгений Ткаля. Он разработал теоретическую основу, на которую впоследствии ссылались все разработчики ядерных часов в мире. Однако после 2022 года, как отмечают в МИФИ, словно по чьей-то команде, ссылки на работы Ткали исчезли.
Сегодня в авангарде — международные группы. На минувшей неделе сразу две публикации — китайского Университета Цинхуа и Венского центра квантовой науки и технологий — сообщили о том, что им «впервые» удалось использовать ядро тория-229 для измерения времени. Но и российские ученые из НИЯУ МИФИ не остаются в стороне.
Как пояснил заведующий кафедрой квантовой метрологии Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ Петр Борисюк, уникальность тория-229 в том, что его ядро можно перевести в возбужденное состояние лазерным излучением. Ученые уже нашли резонансную частоту, при которой это происходит. Пока точность такого перехода — 1 на 10⁻¹⁵, что сравнимо с лучшими атомными часами. Но в перспективе, по его словам, «через несколько лет этот радиоактивный изотоп с периодом полураспада 7880 лет позволит нам уточнить определение секунды до 10⁻²⁰ степени». Это в сотни тысяч раз точнее, чем сегодня.
Российский экспериментальный проект стартовал в 2012 году под руководством профессора НИЯУ МИФИ Виктора Трояна, Евгений Ткаля подключился как теоретик. Сейчас, по словам Борисюка, «мы движемся неплохими темпами, но, увы, пока вынуждены лишь догонять зарубежных физиков, хотя идея о создании ториевых часов была высказана больше 30 лет назад именно нашим ученым Евгением Викторовичем Ткаля». Он добавил, что, если еще в начале 2000-х на работы Ткаля ссылались все разработчики ядерных часов в мире, то после 2022 года, «словно по чьей-то команде, перестали».
Сегодня проектами занимаются несколько групп — американцы, китайцы, европейцы и россияне — они идут практически вровень, внедряя ядра тория-229 в широкозонные кристаллы на основе фторидов. Научное первенство остается за российским теоретиком, но практические результаты пока впереди у зарубежных коллег. Ядерные часы — это не просто новый прибор. Это новый уровень технологий, который в будущем изменит навигацию, связь и фундаментальную науку.
