Два часовника, които отмерват времето по енергиен преход в ядрото на торий-229, вече работят в две независими лаборатории. Европейски екип, воден от Луке Тоскани Де Кол от Виенския център за квантова наука и технологии, публикува резултатите си на 3 юни 2026 г. Китайски екип с ръководител Бейчен Хуан от университета „Цинхуа“ го последва на 7 юни. Двете проучвания са предварителни публикации и още не са минали рецензия. Виенският прототип е работил над 24 часа без намеса, но все още отстъпва по стабилност на най-добрите оптични атомни часовници.
Австрийската част от европейския екип е от Техническия университет във Виена, заедно с германския институт PTB в Брауншвайг.
Преход в ядрото вместо трептене на електрони
Днешните атомни часовници отброяват времето по трептенето на електроните около ядрото. Ядрените използват преход вътре в самото ядро, между две негови енергийни състояния. Ядрото е над 10 000 пъти по-малко от атома и е много по-добре защитено от външни смущения, като електромагнитни полета и промени в температурата.
Торий-229 е рядко изключение: преходът му е толкова слаб по енергия, че може да се възбуди с ултравиолетов лазер, а при другите ядра са нужни много по-мощни източници. И двата екипа вграждат ядрата на торий-229 в кристал от калциев флуорид и ги облъчват с такава светлина.
Часовникът действа чрез обратна връзка. Според професор Торстен Шум от Виенския технически университет лазерът променя състоянието на ядрата, а ядрата стабилизират честотата на лазера. Ядрата поглъщат светлина само при точно определена честота. Щом поглъщането намалее, лазерът се е отклонил и системата го връща на място. Така часовникът не зависи от обикновен атомен часовник, който да му дава еталон. Екипът във Виена мери поглъщането непрекъснато и получава незабавен отговор, а не чака слаба светлинна следа след възбуждането.
Стабилност около една част на квадрилион
Виенският часовник има стабилност около една част на квадрилион (10 на степен минус 15) при измерване през денонощието. Това отговаря на грешка от около секунда за 30 милиона години. Преди това краткосрочният шум на системата е бил около три части на трилион. При китайския екип нестабилността на лазера, стабилизиран по ядрото, се доближава до една част на 10 трилиона след един ден. Двата екипа се различават и по подхода: китайците използват по-мощен лазер, а австрийците кристал с по-голяма концентрация на торий.
Шум признава: „Това още не е нивото на най-добрите оптични атомни часовници, но за първи прототип е фантастичен резултат“. Подобренията ще дойдат от по-силен лазер и по-качествен кристал, а според плана те ще бъдат във следващите прототипи.
Най-големият проблем е кристалът. Когато лазерът се насочва отново между две серии измервания, той попада на друго място в кристала и резултатите се разминават. Затова повторяемостта от ден на ден е около пет части на 10 трилиона. Причина според авторите е локално напрежение в кристала. Ако то се овладее, подобрени твърдотелни варианти биха могли да стигнат около една част на 10 квадрилиона и да се доближат до най-добрите оптични атомни часовници, като остават малки и сравнително прости.
Търсене на тъмна материя с 23 часа данни
Виенският екип е използвал около 23 часа данни, за да търси тъмна материя от вида на свръхлеки скаларни полета. Такова поле би променяло честотата на часовника. Сигнал не е намерен, но ограниченията за връзка със силното ядрено взаимодействие са 100 до 1000 пъти по-строги, отколкото при досегашните опити с атомни часовници.
Същият принцип позволява да се проверява дали константите, които управляват силите в природата, наистина са постоянни. Очакват се и приложения в навигацията, включително за далечни космически апарати, и в картографирането на гравитацията под земята за геофизиката.