Технологию удалось воспроизвести от эксперимента к эксперименту
Физики из Китая запустили ядерные часы на тории-229: ультрафиолетовый лазер в них непрерывно подстраивается под переход в атомном ядре, а не в электронной оболочке, которая куда чувствительнее к внешним помехам. Работа опубликована в Nature. Шицянь Дин (Shiqian Ding) из Университета Цинхуа с коллегами собрал лабораторный прототип ядерных часов на самостоятелбно выращенных кристаллах тория-229. Ультрафиолет с длиной волны 148,4 нанометра получают смешением двух лучей в парах кадмия, нагретых до 600 градусов Цельсия: мощность составляет 10 микроватт, а ширина линии, по оценке авторов, меньше одного герца. Ядра отслеживают по поглощению: на резонансе кристалл забирает около 0,01 процента света, поэтому частоту лазера слегка покачивают и по изменению прошедшего света определяют, в какую сторону он ушел с линии. Переход с фотоумножителя на фототрубку, более прозрачный второй кристалл, пропускающий 7 процентов ультрафиолета вместо 1, и доводка режима снизили нестабильность с 1 × 10-11 до 5 × 10-13.
Таким образом, за секунду частота лазера в среднем уходит от резонанса на пять десятитриллионных долей, и от предела, который задает дробовой шум (случайные колебания числа фотонов), часы отстают менее чем вдвое. При этом судя по тому, что переход в кристалле расщеплялся на пять узких линий, исследователи получили кристалл с предполагаемым D-центром, что говорит о наличии потенциала у данной системы к более низкой нестабильности. Частоты выбранной линии в двух кристаллах различаются на 2,8 × 10-13, что согласуется с результатом американской лаборатории JILA, где измеряли другие кристаллы иным методом. А это означает, что ядерные часы воспроизводятся от кристалла к кристаллу, и на такой основе можно строить компактные приборы.