Výzkumníci z Technische Universität Wien vytvořili první jaderné hodiny, jejichž chod je průběžně řízen samotným jaderným přechodem. Výsledek popisují ve studii zveřejněné 7. října 2026 v časopise Nature. Zařízení zatím nepřekonalo nejlepší současné optické atomové hodiny ve všech parametrech, představuje ale důležitý krok od měření jaderné rezonance k plnohodnotnému samostatnému časovému standardu.
Současné atomové hodiny využívají přechody elektronů mezi energetickými hladinami atomů nebo iontů. Vídeňský experiment místo toho pracuje s izotopem thoria-229, konkrétně s velmi nízkoenergetickým přechodem mezi dvěma stavy jeho atomového jádra. Jádro je vůči některým vnějším vlivům méně citlivé než elektronový obal, a jaderné hodiny by proto v budoucnu mohly být odolnější vůči rušivým změnám prostředí.
Vědci vložili jádra thoria-229 do milimetrového krystalu fluoridu vápenatého, který pracoval při pokojové teplotě. Na krystal svítili kontinuálním laserem s vlnovou délkou 148 nanometrů, tedy v ultrafialové oblasti mimo viditelné světlo. Přechod v jádře sledovali pomocí absorpční spektroskopie: měřili, jak krystal pohlcuje záření při frekvenci odpovídající jaderné rezonanci.
Klíčovou novinkou byla zpětná vazba. Frekvence laseru byla nejprve krátkodobě stabilizována pomocí optické rezonátorové dutiny, následně ji elektronika podle signálu z jader thoria průběžně dolaďovala. Tím se odstranil dlouhodobý drift dutiny a vznikly jaderné hodiny, které se neřídily pouze vnějším frekvenčním standardem. Výzkumníci jejich výstup porovnávali s jednoiontovými hodinami založenými na iontu ytterbia.
Naměřená relativní nestabilita dosahovala přibližně 3 × 10−12 děleno odmocninou z doby měření v sekundách. Při nepřetržitém provozu po dobu jednoho dne se zařízení blížilo hodnotě 10−15. Jde o laboratorní demonstraci s významnými rezervami: autoři předpokládají, že další konstrukce by mohly nestabilitu snížit o několik řádů. Studie zároveň ukázala, že přístroj může pracovat bez zásahu obsluhy po celý den.
Význam experimentu nespočívá jen v přesnějším měření času. Přechod thoria-229 je mimořádně citlivý na některé změny vlastností atomového jádra, a jaderné hodiny proto mohou sloužit k hledání velmi slabých odchylek od současných fyzikálních teorií. Vědci je v nové studii použili také k omezení některých modelů ultralehké temné hmoty, která by se mohla projevovat pomalými změnami nebo periodickými výkyvy energie jaderného přechodu. Výsledek zatím neznamená, že atomové hodiny zastaraly; ukazuje však, že vedle nich vzniká nová technologie pro metrologii a přesné testy základní fyziky.
Zdroj: ScienceDaily
Tento článek byl vytvořen s pomocí umělé inteligence a redakčně zkontrolován.