Ваши часы отстают или убегают? Нет-нет, понимаю, конечно, у вас - точные. Электронные наверняка.
Но вы же подводите их, хоть изредка? Примерно раз в три месяца - непременно. Так ведь?
Вас тоже бесит, что приходится это делать? У меня периодически мелькает мысль: вот бы миниатюрные атомные часы были… По крайней мере, на них ни разу в жизни не пришлось бы выставлять точное время.
Вернее, когда-то пришлось бы, но не мне! Потому что атомные часы на основе цезия-133, например, сбиваются на 1 секунду за 300 млн лет. А современные атомные часы достигли стабильности в 8×10 в минус 19 степени. Это всего лишь означает, что ошибка в 1 секунду накапливается в таких часах за 2,5 триллиона лет.
А теперь представьте - созданы часы, которые ошибаются еще реже.
Что-то запредельное для понимания, согласитесь. Но такое оказывается возможно благодаря ядрам “неординарного” элемента - тория (Th)...
Но начнем с начала.
КАК БОГ ГРОМА ПОМОГ ОСВЕТИТЬ ГОРОДА
Задумывались, как в наши дни делаются открытия новых химических элементов? Если представили себе лабораторию и химиков в окружении реактивов - гоните этот образ. Открытие новых элементов давно перешло в руки физиков, которые работают на ускорителях частиц и въедливо исследуют ядра атомов.
В XIX веке конечно же все было иначе. Элементы открывались почти как клады. А ученый, который обнаружил новый элемент, имел полное право назвать его как угодно.
Так в 1828 году шведский химик Якоб Берцелиус открыл новый элемент из семейства актиноидов и назвал его в честь скандинавского бога-громовержца Тора.
Так в мир явился торий - тяжелый слаборадиоактивный металл серебристого-белого цвета, с порядковым №90 в периодической таблице элементов.
Правда, попытки самого Берцелиуса выделить торий в металлическом виде не увенчались успехом. Это сделал Нильсон в только 1882 году.
Долгое время торий не привлекал к себе особого внимания химиков, но с открытием радиоактивности начался новый виток его изучения и экспериментов.
После 1898 года, когда Склодовская-Кюри и Шмидт (Мюнстер) обнаружили независимо друг от друга радиоактивность тория, последовал шквал исследований, которые привели к открытию ряда продуктов радиоактивного распада элемента.
Были открыты и изотопы тория.
Но тогда, в XIX веке, торий не просто стал очередным элементом, который “встал на свое место” в периодической системе. Он осветил города.
Помните старые керосиновые и газовые фонари? Свет в них был тусклым и слабым, пока австрийский химик Карл Ауэр фон Вельсбах не изобрел так называемый ауэровский колпачок.
Это устройство заставило торий светиться ярким светом.
В сочетании с оксидом церия, торий стал ключевым элементом, благодаря которому была создана одна из самых ярких ламп своего времени.
КАК ТОРИЙ УЧАСТВУЕТ В СОГРЕВАНИИ ПЛАНЕТЫ
С открытием радиоактивности поняли - торий не просто тривиальный источник света в газовых лампах. В нем скрыт огромный энергетический потенциал. При распаде элемент испускает альфа-частицы, которые, как оказалось, могут согревать нашу планету изнутри.
Да-да, Земля до сих пор не стала мертвым остывшим телом только потому, что ее внутреннее тепло поддерживают радиоактивные процессы, которые протекают глубоко в недрах.
Так вот, торий, как выяснилось, - один из ключевых источников этого тепла.
Но как учёные это узнали?
Ответ связан с изучением нейтрино - крошечных частиц, которые практически не взаимодействуют с веществом.
Они возникают при радиоактивном распаде, в том числе и при распаде тория.
Ученые научились фиксировать нейтрино с помощью специальных детекторов.
Так детектор коллаборации Borexino, расположенный в Италии смог “увидеть” геонейтрино - частицы, которые рождаются в недрах Земли.
Таким образом, подтвердилась гипотеза - наша планета согревается благодаря распаду таких элементов, как уран, кадмий и, конечно, торий.
ГЕОНЕЙТРИНО - ЧАСТИЦЫ, КОТОРЫЕ ПОМОГАЮТ ПОНЯТЬ СУТЬ ЯВЛЕНИЙ
Это удивительные частицы, которые помогают понять сущность Земли. Подумать только, как это удивительно! Частицы, которые путешествуют прямо из недр планеты, проходят сквозь все вещество - несут информацию о том, что происходит глубоко под землей.
Геонейтрино - своего рода посланники, которые рассказывают о процессах, недоступных прямому наблюдению.
Благодаря современным нейтринным детекторам теперь возможно не только лучше понять, как образуется тепло в недрах планеты, но и составить точную карту радиоактивных процессов, которые протекают в недрах. А это, согласитесь, может привести к новым фундаментальным открытиям в области геологии и физики.
Но торий на этом не останавливается!
Его уникальные свойства могут изменить представление не только о Земле, но и о времени.
Изотоп торий-229 - герой, которого точно следует знать в лицо.
В конце 80-х - начале 90-х годов прошлого столетия американские физики обнаружили у ядра тория-229 крайне необычное свойство. Оказалось - основное состояние его ядра представляет собой дублет уровней, разнесенных друг от друга всего лишь на несколько электронвольт.
Электронвольт – это внесистемная единица энергии, равная энергии, которую приобретает частица с единичным зарядом при прохождении разности потенциалов в 1 вольт.
Если говорить грубо - особенность в энергетической мощи ядра. Первое возбужденное состояние в ядре тория-229 сопоставимо с атомной величиной энергии.
Как можно использовать “неординарную” особенность тория-229?
НОВЫЙ СТАНДАРТ ВРЕМЕНИ И ЧАСТОТЫ - ЯДЕРНЫЕ ЧАСЫ
Мы с вами начали обсуждение с того, что атомные часы на сегодня - самые точные в мире. По ним сверяются спутники, по ним определяется точное время для GPS.
Казалось бы: ядро, атом - какая разница? Но она существенная.
Ядра атомов - гораздо более стабильные объекты, чем сами атомы. Поэтому если научиться сверять частоту по переходам между разными состояниями ядра, то можно будет сделать еще более точные часы.
По сравнению с электронами в атомных часах, частицы ядра гораздо меньше подвержены влиянию внешних помех, таких, например, как блуждающие электромагнитные поля.
Торий-229 - основной кандидат на новую роль. Он как нельзя лучше подходит для разработки нового ядерного стандарта времени и частоты, что позволит поднять точность измерения времени на порядок.
Теоретически, да - все понятно. А практически все очень сложно.
Представляете, только на поиски метастабильного ядерного изомера тория у исследователей ушло 40 лет!
И вся теоретическая работа длительное время лет тормозилась в части экспериментальных доказательств. В мире не было создано методики возбуждения ядерного изомерного перехода в изотопе тория-229.
Всего несколько месяцев назад был совершен огромный прорыв, который готовился десятилетиями. Результаты этой работы опубликованы 4 сентября 2024 в журнале “Nature”.
Экспериментальное измерение зазора между квантовыми энергетическими состояниями ядра тория использовали для создания пусть примитивных, но самых первых ядерных часов.
КОМУ НУЖНЫ ЯДЕРНЫЕ ЧАСЫ, В ЧЕМ СМЫСЛ
А действительно, если есть атомные, которые не сбиваются 2,5 триллиона лет… Да люди вообще столько не живут. И с Землей неизвестно, что произойдет за такой срок. Для чего еще точнее-то?
Ученые утверждают, что полученные результаты - не только начало создания твердотельных оптических часов на основе ядерных материалов. Сравнение точности ядерных и атомных часов имеют значение для фундаментальных исследований физики.
А сама работа представляет собой интеграцию прецизионной метрологии, сверхбыстрой физики сильного поля, ядерной физики и фундаментальной физики.
Все это великолепие означает - ядерные часы позволят проводить более точные измерения физической Вселенной, что имеет значение для всего: от навигации до поиска темной материи.
Слышала мнение, как только будут получены экспериментальные доказательства и ученые воочию пронаблюдают ядерный переход тория-229 - создание ядерных часов станет делом нескольких месяцев.
Научный прорыв совершен, осталось создать не просто рудиментарные ядерные часы, а самые настоящие. Как думаете, скоро о них услышим?
Ставьте 👍, делитесь публикацией и не забудьте оставить свое мнение в комментариях - так еще больше людей сможет вместе с нами обсудить значение ядерных часов
Не забудьте подписаться на канал - наши читатели узнаю́т больше, когда вникают в Суть явлений