Два часов, которые отсчитывают время по энергетическому переходу в ядре тория-229, уже работают в двух независимых лабораториях. Европейская группа под руководством Луке Тоскани Де Кола из Венского центра квантовой науки и технологий опубликовала результаты 3 июня 2026 года. Китайская группа, которую возглавляет Бэйчэнь Хуан из университета Цинхуа, сделала это 7 июня. Обе работы пока опубликованы как предварительные версии и рецензирование не прошли. Венский прототип проработал больше 24 часов без вмешательства, но по стабильности пока уступает лучшим оптическим атомным часам.

Австрийская часть европейской группы работает в Венском техническом университете вместе с немецким институтом PTB в Брауншвейге.

Переход в ядре вместо колебаний электронов

Нынешние атомные часы отсчитывают время по колебаниям электронов вокруг ядра. В ядерных часах используют переход внутри самого ядра, между двумя его энергетическими состояниями. Ядро меньше атома более чем в 10 000 раз. От внешних помех, например электромагнитных полей и перепадов температуры, оно защищено гораздо лучше.

Торий-229 — редкое исключение. Энергия его перехода так мала, что ядро можно возбудить ультрафиолетовым лазером. Для других ядер нужны намного более мощные источники. Обе группы встраивают ядра тория-229 в кристалл фторида кальция и облучают их таким светом.

Часы работают по принципу обратной связи. По словам профессора Венского технического университета Торстена Шума, лазер меняет состояние ядер, а ядра стабилизируют частоту лазера. Ядра поглощают свет только на строго определённой частоте. Если поглощение падает, значит, лазер сбился, и система возвращает его на место. Поэтому часам не нужны обычные атомные часы в качестве эталона. Венская группа измеряет поглощение непрерывно и сразу получает ответ. Ей не нужно ждать слабого светового сигнала после возбуждения.

Стабильность — около одной части на квадриллион

Стабильность венских часов при измерении в течение суток составляет около одной части на квадриллион (10 в степени минус 15). Это соответствует ошибке примерно в секунду за 30 миллионов лет. Раньше кратковременный шум системы составлял около трёх частей на триллион. У китайской группы нестабильность лазера, стабилизированного по ядру, через сутки приближается к одной части на 10 триллионов. Подходы у групп тоже разные: китайцы используют более мощный лазер, а австрийцы — кристалл с более высокой концентрацией тория.

Шум признаёт: «Это ещё не уровень лучших оптических атомных часов, но для первого прототипа результат фантастический». Улучшения дадут более сильный лазер и более качественный кристалл. По плану они появятся в следующих прототипах.

Главная проблема — кристалл. Между двумя сериями измерений лазер наводят заново, и он попадает в другое место кристалла. Из-за этого результаты расходятся. Поэтому повторяемость от дня ко дню составляет около пяти частей на 10 триллионов. По мнению авторов, причина в локальном напряжении в кристалле. Если с ним справиться, улучшенные твердотельные варианты смогут дойти примерно до одной части на 10 квадриллионов. Тогда они приблизятся к лучшим оптическим атомным часам и при этом останутся небольшими и сравнительно простыми.

Поиск тёмной материи по 23 часам данных

Венская группа использовала около 23 часов данных, чтобы искать тёмную материю в виде сверхлёгких скалярных полей. Такое поле меняло бы частоту часов. Сигнала учёные не нашли. Но ограничения на связь с сильным ядерным взаимодействием оказались в 100–1000 раз строже, чем в прежних опытах с атомными часами.

Тот же принцип позволяет проверять, постоянны ли на самом деле константы, которые управляют силами в природе. Ожидают и практического применения: в навигации, в том числе для дальних космических аппаратов, и в геофизике — для картирования силы тяжести под землёй.