Протягом майже 80 років людство вимірює час за допомогою атомних годинників. Від перших моделей, створених у Національному бюро стандартів США (National Institute of Standards and Technology), до надсучасних пристроїв, здатних фіксувати час із точністю до 19-го знака після коми, ця технологія стала основою сучасної науки, GPS-навігації та глобальних комунікацій.
Однак зараз науковці стоять на порозі ще більш радикального прориву — переходу від атомних годинників до ядерних.
Якщо атомні годинники базуються на коливаннях електронів навколо ядра, то нове покоління пристроїв використовуватиме саму серцевину атома — його ядро. Такий підхід теоретично може забезпечити значно вищу стабільність і точність, адже ядро набагато менш чутливе до зовнішніх електромагнітних впливів.
Ідея не нова. Ще у 2003 році фізики Ekkehard Peik та Christian Tamm з німецького інституту PTB припустили, що ядерні переходи можуть стати основою нового еталону часу. Проте головною перешкодою залишалася енергія: більшість ядерних переходів неможливо збудити звичайними лазерами.
Винятком став ізотоп торій-229, енергетичні рівні якого настільки близькі, що його можна використовувати для створення ядерного годинника. Після понад двох десятиліть досліджень у 2024 році команда з TU Wien разом із науковцями з JILA та інших установ змогла створити перший прототип такого годинника. Він уже «тикає», але поки що не здатний стабільно вимірювати час із високою точністю.
Попри це, науковці вважають це лише початком. За словами дослідника Thorsten Schumm, перші версії будь-якої революційної технології ніколи не є ідеальними — головне, що концепція вже працює. Його команда очікує, що протягом найближчих 2–3 років ядерні годинники можуть перевершити найкращі атомні аналоги.
Нещодавно дві незалежні дослідницькі групи — в Європі та Китаї — повідомили про значний прогрес. Вони вдосконалили метод стабілізації лазера, який «зчитує» ядерні коливання. По суті, система працює як надточний зворотний зв’язок: лазер постійно коригується, щоб синхронізуватися з частотою переходів у ядрі.
Саме ця стабілізація може стати ключем до створення практично ідеального вимірювача часу.
Але потенціал ядерних годинників виходить далеко за межі хронометрії. Оскільки ядро атома підпорядковується переважно сильній ядерній взаємодії, такі пристрої можуть допомогти виявляти найменші зміни фундаментальних фізичних констант. Це, у свою чергу, відкриває можливість пошуку слідів темної матерії — однієї з найбільших загадок сучасної космології.
Як зазначають дослідники, чутливість торієвого переходу вже зараз дозволяє проводити вимірювання, які конкурують або навіть перевершують можливості найкращих атомних годинників у тестах взаємодії темної матерії з частинками звичайної матерії.
Світ науки входить у нову епоху, де час можуть визначати не електрони, а ядра атомів. І якщо ці технології виправдають очікування, людство отримає не лише новий стандарт часу, а й інструмент для заглядання у найглибші таємниці Всесвіту.