Фізики зробили майже неможливе: досягнення дасть змогу переписати закони природи

Якщо підвищити енергетичний стан ядра атома за допомогою лазера, то можна замінити нинішній атомний годинник на більш точний ядерний годинник, вважали фізики багато років. Це дасть змогу точно з'ясувати, чи є фундаментальні постійні справді постійними, чи лише здаються такими тому, що їх виміряли не дуже точно. Тепер група фізиків досягла, здавалося б, неможливого. Вони впровадили атом торію в кристал і направляли на нього промені лазера. У результаті їм вдалося змусити ядро атома торію поглинати і випромінювати фотони, як це роблять електрони в атомі. Результати дослідження опубліковані в журналі Physical Review Letters.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Нове досягнення означає, що тепер можна точніше проводити вимірювання часу, гравітації та інших полів, які зараз роблять за допомогою електронів. На те, як електрони поглинають і випромінюють фотони, впливає багато факторів, а це обмежує точність вимірювань. А нейтрони і протони в ядрі атома менше залежні від навколишніх факторів.

За словами фізиків, нова технологія дасть змогу з'ясувати, чи відбувається зміна фундаментальних постійних. Наприклад, це стосується постійної тонкої структури, яка визначає силу електромагнітної взаємодії та утримує атоми разом. Припускають, що постійна тонкої структури може бути неоднаковою в усьому Всесвіті та в будь-який момент часу. Точне вимірювання цієї постійної за допомогою ядерного годинника може дозволити переписати деякі з основних законів природи.

Учені вперше вирішили проводити стимулювання ядер атомів торію-229, впроваджених у кристали, за допомогою лазерів. Змусити нейтрони в ядрі атома реагувати на світло лазера складно, адже оточуючі електрони легко реагують на світло і можуть зменшити кількість фотонів, що можуть потрапити в ядро. Частинка, рівень енергії якої підвищився, наприклад, унаслідок поглинання фотона, перебуває у "збудженому" стані.

Фізики помістила атоми торію-229 у кристал, багатий на фтор. Фтор може утворювати дуже міцні зв'язки з іншими атомами, утримуючи атоми і відкриваючи ядро. Електрони були настільки тісно пов'язані з фтором, що кількість енергії, необхідної для їхнього збудження, була дуже великою, що давало змогу світлу з нижчою енергією досягати ядра. Ядра торію могли поглинати ці фотони і повторно випромінювати їх. Це дало змогу виявити і виміряти збудження ядер атомів. Змінюючи енергію фотонів і відстежуючи швидкість збудження ядер, фізики змогли виміряти енергію збудженого стану ядра атома.

Учені вважають, що нову технологію можна застосувати скрізь, де потрібна надзвичайна точність вимірювання часу, наприклад, це стосується зондування, зв'язку та навігації. Ядерний годинник на основі торію буде точнішим, меншим за розміром, надійнішим, ніж атомний годинник, вважають фізики.

Також автори кажуть, що більш точний вимір ядра атома дасть змогу більше дізнатися про його властивості та взаємодію з енергією і навколишнім середовищем. Це дасть змогу перевірити головні теорії про матерію, енергію та закони простору і часу.

Вчені вважають, що новий метод вимірювання, заснований на ядрі атома, може дозволити вимірювати деякі фундаментальні постійні настільки точно, що, можливо, доведеться перестати називати їх постійними.

Як уже писав Фокус, ученим вдалося створити найскладніший лабіринт у світі, який описує екзотичну форму матерії.

Також Фокус писав про те, що потрібна всього одна молекула на холодній планеті, щоб вчені змогли визначити, чи є там інопланетяни.