Время тория
Что такое секунда? Сейчас в международной системе единиц секунда определяется как промежуток времени, в течение которого атом цезия-133 совершает 9 192 631 770 переходов между двумя сверхтонкими подуровнями при температуре около 120 мкК. Но физикам уже недостаточно такой точности, на смену цезиевым атомным часам вскоре могут прийти ядерные, на основе тория.
Атомные часы используют переходы между атомными уровнями. Фактически атом переходит из основного состояния в возбуждённое. Разница энергий между этими состояниями определяет значение резонансной частоты «часового» перехода. При этом если настроить источник лазерного излучения на данную частоту и стабилизировать по данному переходу, то у нас появляется источник лазерного излучения с длиной волны «часового» атомного перехода, что представляет собой не что иное, как эталон с известной длиной и частотой волны. Чем лучше изучены свойства атомного перехода, тем точнее можно стабилизировать лазерное излучение и правильнее определить частоту «часового» перехода.
Сейчас атомные часы уже достигли своего предела, который находится в диапазоне 10-19 относительных единиц, то есть одну секунду можно измерить с точностью до 18—19 знака после запятой. Считается, что ядерные часы позволят ещё лучше стабилизировать длину волны, так как ядра атомов менее подвержены внешнему воздействию электромагнитных полей, а значит, часы на них будут более точными.
Как и в случае с атомными часами, в ядерных происходит переход между основным и возбуждённым состоянием, но переходит не весь атом, а только его ядро: из основного в возбуждённое аномально низколежащее изомерное состояние. Таким уникальным низколежащим ядерным состоянием обладает только изотоп тория-229. Этот изотоп имеет искусственное происхождение, его получают при альфа-распаде урана-233, который в своё время был наработан в рамках советского атомного проекта. Российский экспериментальный ториевый проект стартовал в 2012 году под руководством профессора НИЯУ МИФИ Виктора Ивановича Трояна, а сама идея использования ядерного перехода для квантовой метрологии принадлежит российскому физику-теоретику Евгению Викторовичу Ткале.