Китай первым в мире запустил ядерные оптические часы на тории-229, квантовые прецизионные измерения вышли на масштаб атомного ядра

Недавно команда доцента кафедры физики Университета Цинхуа Дин Шицяня опубликовала в международном научном журнале Nature важные результаты, объявив о успешной разработке ядерных оптических часов на тории-229 и обеспечении их стабильной работы. Эта работа была независимо завершена одновременно с европейской командой, и Китай стал первой страной в мире, реализовавшей работу ядерных оптических часов на тории-229, что ознаменовало успешное расширение эталона измерения времени с электронных переходов на переходы в атомном ядре.

Как известно, ядерные оптические часы используют переходы внутри атомного ядра тория-229 в качестве эталона временной частоты. Один из авторов-корреспондентов статьи Дин Шицянь пояснил, что маятник старых настенных часов совершает около 1 колебания в секунду, тогда как ядерные оптические часы используют ритм атомного ядра в качестве «маятника», и этот ритм достигает примерно 2000 триллионов раз в секунду. Поскольку размер атомного ядра составляет лишь несколько десятков тысячных от размера электронного облака, оно подвержено меньшим возмущениям со стороны внешней электромагнитной среды, что в принципе позволяет обеспечить эталон временной частоты более высокой точности, чем традиционные атомные оптические часы.

В данной научно-исследовательской работе среди соавторов, внесших равный вклад, было несколько докторантов, родившихся после 2000 года; команда, распределив обязанности, совместными усилиями преодолела ряд ключевых технологических барьеров. Команда Университета Цинхуа создала целостную техническую систему, которая не только обеспечила ключевой переход от измерения ядерных переходов к измерению времени с помощью ядерных переходов, но и продвинула сверхвысокоточные устройства измерения времени от малогабаритных лабораторных инструментов к инженерной практической реализации.

Сообщается, что ядерные оптические часы могут стать новым поколением эталона времени и частоты после атомных микроволновых часов и атомных оптических часов. Твердотельные ядерные оптические часы обладают потенциальными преимуществами миниатюризации и инженеризации, и в будущем они смогут предоставить практические технологические решения для высокоточных потребностей в времени и частоте в таких сценариях, как спутниковая навигация и дальняя космическая разведка. В то же время данный результат может служить прецизионной платформой для проверки фундаментальных физических законов, что свидетельствует о том, что Китай уже достиг международного лидерства в передовом направлении ядерных оптических часов, открыв совершенно новое направление исследований для квантовых прецизионных измерений и квантового управления.