Два годинники, які відлічують час за енергетичним переходом у ядрі торію-229, тепер працюють у двох незалежних лабораторіях. Європейська команда на чолі з Луке Тоскані Де Колом із Віденського центру квантової науки й технологій оприлюднила результати 3 червня 2026 року. Китайська команда під керівництвом Бейчена Хуана з університету Цінхуа зробила це 7 червня. Обидва дослідження — попередні публікації, їх ще не рецензували. Віденський прототип пропрацював понад 24 години без втручання, але за стабільністю поки поступається найкращим оптичним атомним годинникам.

Австрійська частина європейської команди — з Віденського технічного університету. Вона працювала разом із німецьким інститутом PTB у Брауншвейгу.

Перехід у ядрі замість коливань електронів

Сучасні атомні годинники відлічують час за коливаннями електронів навколо ядра. Ядерні годинники використовують перехід усередині самого ядра, між двома його енергетичними станами. Ядро більш ніж у 10 000 разів менше за атом. Воно набагато краще захищене від зовнішніх завад, зокрема від електромагнітних полів і змін температури.

Торій-229 — рідкісний виняток. Енергія його переходу така мала, що ядро можна збудити ультрафіолетовим лазером. Для інших ядер потрібні значно потужніші джерела. Обидві команди вбудовують ядра торію-229 у кристал фториду кальцію й опромінюють їх таким світлом.

Годинник працює за принципом зворотного зв’язку. За словами професора Торстена Шума з Віденського технічного університету, лазер змінює стан ядер, а ядра стабілізують частоту лазера. Ядра поглинають світло лише на точно визначеній частоті. Щойно поглинання зменшується, це означає, що лазер відхилився, і система повертає його на місце. Тому годинник не залежить від звичайного атомного годинника, який мав би правити за еталон. Віденська команда вимірює поглинання безперервно й одразу отримує відповідь. Їй не доводиться чекати на слабкий світловий слід після збудження.

Стабільність — близько однієї частки на квадрильйон

Віденський годинник має стабільність близько однієї частки на квадрильйон (10 в мінус 15-му степені) під час вимірювання впродовж доби. Це відповідає похибці приблизно в одну секунду за 30 мільйонів років. Раніше короткочасний шум системи становив близько трьох часток на трильйон. У китайської команди нестабільність лазера, стабілізованого за ядром, за добу наближається до однієї частки на 10 трильйонів. Підходи команд теж різняться: китайці використовують потужніший лазер, а австрійці — кристал із більшою концентрацією торію.

Шум визнає: «Це ще не рівень найкращих оптичних атомних годинників, але для першого прототипу результат фантастичний». Поліпшення дадуть потужніший лазер і якісніший кристал. За планом, вони з’являться в наступних прототипах.

Найбільша проблема — кристал. Між двома серіями вимірювань лазер знову наводять на кристал. Він потрапляє в інше місце, і результати розходяться. Тому відтворюваність від дня до дня становить близько п’яти часток на 10 трильйонів. За словами авторів, причина — локальна напруга в кристалі. Якщо її вдасться усунути, поліпшені твердотільні варіанти зможуть досягти близько однієї частки на 10 квадрильйонів. Тоді вони наблизяться до найкращих оптичних атомних годинників, але залишаться малими й порівняно простими.

Пошук темної матерії за 23 години даних

Віденська команда використала близько 23 годин даних, щоб шукати темну матерію у вигляді надлегких скалярних полів. Таке поле змінювало б частоту годинника. Сигналу не знайшли. Проте обмеження на зв’язок із сильною ядерною взаємодією виявилися в 100–1000 разів суворішими, ніж в усіх досі проведених дослідах з атомними годинниками.

Той самий принцип дає змогу перевіряти, чи справді сталі, що керують силами в природі, незмінні. Також очікують застосування в навігації, зокрема для далеких космічних апаратів, і в картографуванні гравітації під землею для геофізики.