Ионная ловушка, созданная учеными из Национального исследовательского ядерного университета МИФИ (НИЯУ МИФИ), позволяет фильтровать и улавливать ионы тория-229 из ионных пучков с широким энергетическим диапазоном, что чрезвычайно важно для создания новых сверхточных ядерных часов, сообщили в среду в пресс-службе университета.
"В НИЯУ МИФИ сотрудниками кафедр №10 и №78 была создана и испытана линейная квадрупольная ионная ловушка для оптической спектроскопии электронных и ядерных переходов. Конструкция источника ионов создана на базе сверхвысоковакуумного испарителя, в котором облако атомов и ионов с разными зарядами образуется из-за облучения образца пучком электронов с энергией до 1 КэВ",
— говорится в сообщении.
Точность вселенского масштаба
Принцип действия ядерных часов, над которыми работают российские ученые, основан на отсчете периодов времени с помощью регистрации изомерного перехода, регулярно происходящего в ядрах ионов тория-229. Такие часы, если их удастся создать, будут работать с погрешностью одна сотая секунды в 13,8 миллиарда лет — примерно столько существует наша Вселенная.
"Чтобы создать ядерные часы, нужно пройти четыре этапа: получение ионов, их улавливание и удержание, их охлаждение и, наконец, регистрация их часового перехода. ГК "Росатом" профинансировал два этапа нашей работы и обеспечил нас материалами, в частности, торием-229, который можно наработать только на ядерном реакторе. То есть мы умеем получать ионы, и у нас есть ловушка, чтобы их улавливать и удерживать",
— пояснил один из разработчиков технологии сотрудник НИЯУ МИФИ Петр Борисюк.
Он также отметил, что с командой работает теоретик Евгений Ткаля из НИИ ядерной физики МГУ, который является основоположником самой идеи использования ядра тория-229 для создания часов. Кроме того, ученый из МГУ доказал возможность создания лазера на этом же ядерном переходе в тории-229, то есть, фактически гамма-лазера оптического диапазона.
"Эти две разработки — новый метрологический стандарт времени в виде ядерных часов и лазер на ядерном переходе оптической энергии — в своем твердотельном варианте очень близки друг к другу. Их успешная реализация окажет заметное влияние на уровень всего технологического развития человечества",
— заявил Борисюк.
Квантовый компьютер и гравитационное поле
"Оказалось, что, научившись измерять время с такой точностью, мы также сможем измерять локальные изменения гравитационного поля Земли. А это позволяет решать задачи по поиску месторождений. Потому что гравитационное поле зависит от плотности. Соответственно, если у вас изменяется плотность породы, например, в этом месте залегает тяжелая руда, то это отразится на гравитационном поле",
— рассказал собеседник агентства.
В сообщении отмечается, что оптический ядерный стандарт частоты в виде часов на основе тория позволит увеличить точность глобальной спутниковой навигационной системы, измерить с высокой точностью некоторые фундаментальные константы (постоянная тонкой структуры, гравитационная постоянная) и проверить основы общей теории относительности и космологии. Кроме того, ионную ловушку предполагается использовать при разработке квантового компьютера.
Наперегонки с конкурентами
По словам Борисюка, помимо российской группы ученых, близко к созданию ядерных часов подошли ученые из Германии и США.
"С точки зрения инфраструктуры для создания часов Россия немного запаздывает. Но у нас есть значительный задел по пониманию проблем, подходов к их решению и основ той физики, которая здесь заложена",
— сказал ученый.
"Кроме того, у нас есть много своих красивых идей, которые мы собираемся воплотить при разработке этих устройств. Одним словом, как только у нас появится соответствующий инструментарий, мы сможем решить задачу в кратчайшие сроки. Американцы тоже не сидят на месте, у них наверняка также есть идеи. Но я думаю, что у нас имеется некоторое преимущество",
— заключил собеседник агентства.