Ядерные часы: тиканье ядра для поиска тёмной материи экспресс

Оригинал: "A thorium-229 optical nuclear clock with feedback loop"
arXiv:2606.04997 · 2026-06-03 · CC BY 4.0 · 1 мин
Запущены первые ядерные часы: вместо электронов тикает ядро тория. Это открывает путь к поиску тёмной материи.

Самые точные современные часы отсчитывают время по колебаниям электронов в атомах. Но их ход можно сбить — как пружину в механических часах сбивает тряска. Физики нашли маятник понадёжнее: атомное ядро. Они взяли ядро тория-229, поместили в кристалл и заставили колебаться, подсвечивая лазером строго определённой частоты. Эта техника называется спектроскопия — по сути, поиск верного ритма, чтобы маятник «раскачался». И ядро откликнулось: оно колеблется 2000 триллионов раз в секунду — в миллион раз быстрее кварца в смартфоне.

Этот ядерный маятник заключён в кристалл размером с песчинку и работает при комнатной температуре, не требуя вакуума.

Точность поражает: за сутки ошибка составляет одну миллиардную миллиардной доли секунды. Такие часы ошиблись бы на секунду лишь за 30 миллиардов лет. Но главное — этот маятник чрезвычайно чувствителен к любому «дуновению» извне, например, к пролетающим частицам тёмной материи. Учёные искали её следы — периодические толчки или плавный уход частоты. Ничего не нашли, но и это результат: теперь мы знаем, насколько слабо тёмная материя может взаимодействовать с обычными атомными ядрами.

В будущем точность таких твердотельных часов вырастет многократно. Они проверят, постоянны ли фундаментальные константы стандартной модели, и, возможно, заметят, что время на разной высоте течёт по-разному — согласно теории Эйнштейна. А пока их главная задача — уловить «тень» тёмной материи.

Переход в ядре тория-229 — единственный во Вселенной, который можно «поймать» лазером сегодняшней технологии. Именно поэтому его выбрали для первых ядерных часов.

\sigma_y(\tau) = 3 \cdot 10^{-12} / \sqrt{\tau}
Чем дольше часы работают, тем точнее они идут. Через 100 секунд накопленная ошибка составит всего 3×10⁻¹³ — это три десятитриллионных доли.
Учёные
Christian DopplerD. B. McLaughlinDidier QuelozMichel MayorR. A. RossiterJames Clerk Maxwell
Понятия
ядерные оптические часы торий-229 атомные часы ядерный реактор рубидий торий цезий ядро свинца иттербий колебание хром квантовый компьютер на нейтральных атомах тантал натриевый аккумулятор кристалл тритий ион кальция атомное ядро титан уран