Ядерные часы: точнее атомных
NIST F2 — самые точные часы в мире
Первые атомные часы (1949)
Самый точный на сегодняшний день принцип измерения времени, позволяющий запускать ракеты, отслеживать положение кораблей в море и самолетов в воздухе — это принцип, используемый в атомных часах, где секунды отмеряются за счет фиксации переходов электронов в оболочках атомов в состояния с более и менее высокой энергией. Частота таких переходов зависит от массы ядра атома, разницы зарядов между ядром и электронным облаком вокруг ядра, и состояния вещества. Проще говоря, эта частота более или менее стабильна для атомов некоторых элементов при земных температурах и давлении. Для создания атомных часов выбирают элементы, частота колебаний электронов которых особенно постоянна — обычно это цезий или рубидий.
Однако в атомном ядре тоже происходят колебания энергии — и возможно, что их частота еще более постоянна, чем частота колебаний энергии электронной оболочки. Для большинства химических элементов энергия ядра всегда одна; однако для некоторых зафиксированы ядерные изомеры — относительно стабильные состояния, в которых ядро обладает большей энергией, чем в основном состоянии. Срок жизни ядерных изомеров обычно исчисляется тысячными секунды, а энергии, необходимые для перевода ядра в возбужденное состояние, очень высоки.
Однако для изотопа тория с атомной массой 229 доказано существование изомера, который живет почти минуту, а энергия перехода в более высокое энергетическое состояние ядра настолько низка, что искомого перехода можно добиться, воздействуя на его атомы обычным лазерным лучом. Все эти свойства делают 229mTh и его ион 229mTh2+ потенциальным материалом для ядерных часов. Осталось только определить частоту, с которой 229mTh «перепрыгивает» из одного состояния в другое.
Конечно, ядерные часы не нужны в будильнике или кухонном таймере (хотя существуют даже наручные атомные!), однако они могут помочь астрономам и физикам-теоретикам, придав самому понятию «время» новый смысл.
