V současné době jsou nejpřesnějšími hodinami atomové hodiny. Čas měří pomocí frekvencí záření vznikajících při přeskocích elektronů mezi energetickými hladinami atomu. Tyto frekvence jsou mimořádně stabilní, a tudíž i velmi dobře předvídatelné. K určení uplynulého času stačí počítat jejich kmity.
Podobně by mohly fungovat i jaderné hodiny. Namísto energetických hladin elektronů by využívaly přechody mezi energetickými stavy protonů a neutronů uvnitř atomového jádra. Atomové jádro je mnohem lépe izolováno od okolního prostředí a je tím pádem méně citlivé na rušivé vlivy vnějších elektrických a magnetických polí. Jaderné hodiny by měly být ještě přesnější a odolnější než současné atomové hodiny.
Jak to ve vědě bývá až pozoruhodně často, nakonec současně uspěly dva nezávislé výzkumné týmy a sestrojily vytoužené funkční jaderné hodiny. Vedli je Beichen Huang z čínské Tsinghua University Luca Toscani De Col z rakouského Vienna Center for Quantum Science and Technology. Jejich zařízení v obou případech využívají k měření času s mimořádnou přesností atomové jádro thoria-229. Tato technologie by mohla překonat i nejlepší atomové hodiny, které jsou dnes k dispozici.
Ze všech známých atomových jader je pro tento účel se současnými technologiemi vhodné pouze thorium-229. Jde o to, že energetický přechod v jeho jádře má výjimečně nízkou energii a lze jej lze vyvolat a měřit pomocí laserového světla. Sestavení funkčních jaderných hodin se ale přesto ukázalo jako mimořádně náročný úkol. Jde o to, že potřebné laserové záření se nachází ve vakuové ultrafialové oblasti spektra (VUV, pod 200 nm), se kterou je technicky velmi obtížné pracovat.
Oba týmy to vyřešily podobně. Jádra thoria-229 vložily do krystalů fluoridu vápenatého a zkoumaly je pomocí kontinuálního laseru na vlnové délce cca 148 nanometrů. Čínský tým použil výkonnější laser, zatímco v Rakousku pracovali s krystalem obsahujícím vyšší koncentraci jader thoria. Jaderné hodiny jsou mocným nástrojem, jak pro základní výzkum, tak i pro aplikace, třeba v navigačních systémech.
Video: Quo Vadis Thorium-229? Recent progress towards a "Nuclear Clock"
Literatura
S novými atomovými hodinami půjde měřit vlnění časoprostoru
Autor: Stanislav Mihulka (02.12.2018)
Kvantově provázané atomové hodiny mohou být až strašidelně přesné
Autor: Stanislav Mihulka (03.01.2021)
Dlouho očekávaná excitace jádra thoria-229 zkřížila jadernou a kvantovou fyziku
Autor: Stanislav Mihulka (05.05.2024)
První prototyp jaderných hodin by mohl porazit atomové hodiny
Autor: Stanislav Mihulka (05.09.2024)
Diskuze:
Úvod a pár doplňků
F M,2026-06-20 12:21:05
Ten třetí pod článkem. A thorium-229 optical nuclear clock with feedback loop
W- wiky
(W) Jaderný izomer je excitovaný (energeticky zvýšený) stav atomového jádra, který má oproti ostatním delší dobu života. Ačkoliv mají jádra stejný počet protonů i neutronů, liší se vnitřním uspořádáním a přebytkem energie, kterou postupně uvolňují (energetické hladiny).
Poločas rozpadu cca 7500 let, k té diskusi o prehistorii on ho z tohoto hlediska rychle ubývá. Proto se v přírodě prakticky nevyskytuje a vyrábí se jak cíleně (ozařování terče) tak vzniká v rozpadech uranu v reaktorech. Obecně se hodí, každé hodiny, jen pro určité rozpětí časů (sekundy - dny, například)
"Excitační energie" 8,36 eV, to je milionkrát méně než je běžné, existuje jen pár dalších jednotlivých stavů jiných jader pod 1MeV, druhý je izotop uranu 76, třetí rádia 1700 a výš. Takže toto je jediný známý kde se dá jádro excitovat relativně dostupnou vlnovou délkou UV 148nm (ovšem dosahuje se jí nepřímo tou alchymií, měří se na jiných frekvencích).
Ještě v té přesností za těmi atomovými hodinami o pár řádů zaostávají (2-3), ale už teď je to vhodnější pro hledání v oblasti temné hmoty, kvůli vlastnostem jádra. Jemná struktura.
Doba života izomeru v krystalu cca 10min.
"Jaderné hodiny používáme k omezení modelů ultralehké temné hmoty hledáním periodických fluktuací a pomalých driftů v energii jaderného přechodu v časových škálách mezi 20 s a 1 dnem. Tato omezení, která těží ze zvýšené citlivosti přechodu thoria-229, konkurují nejlepším atomovým hodinám, pokud jde o vazbu temné hmoty na fotony, a jdou nad rámec předchozích měření týkajících se vazby na silnou interakce a kvarky."
Možnost existence/hledání projevů "ultralehkých skalárních bosonů [49]. I kdyby tyto bosony interakce se známými částicemi hmoty byly jen slabé, jejich vliv by mohl být stále pozorovatelný ve vysoce přesných experimentech. Například vazby na elektromagnetickou sílu, silnou sílu a kvarky by vedly ke zdánlivé oscilaci konstanty jemné struktury α, parametr škály kvantové chromodynamiky ΛQCD a hmotnosti kvarků, respektive s frekvencí odpovídající hmotnosti nového bosonu." Tady by to mělo být srovnatelné v něčem i o pár řádů lepší už teď.
Nic nenašli, zase se omezili parametry, je to tam v obrázku 4. Mělo by se to dát dost vylepšit, ty hodiny a tím i výsledky. Nejvíc je limituje ten UV zdroj a přemýšlí o jiných materiálech.
O kolik se zpozdí
Tomáš Novák,2026-06-17 10:17:45
...za jeden kenozoický věk (tedy 66 milionů let)? :-)
Re: O kolik se zpozdí
Vratislav Zapletal,2026-06-17 10:57:47
to vím náhodou úplně přesně :-). Je to o 0,000prd
Re: Re: O kolik se zpozdí
Martin Novák2,2026-06-18 10:06:06
Teoreticky. Za tak dlouhou dobu není úplně stabilní ani gravitace v jednom místě a rychlost času se tím mění. Magma v zemském plášti proudí, povrch země se zvedá nebo klesá a kontinenty se pohybují.
Re: O kolik se zpozdí
F M,2026-06-20 12:58:14
Tohle o pár sekund (řádově). Ale jak se píše ve vlákně jen teoreticky, pro všechny hodiny platí, že nevydrží, nevydrží podmínky ve kterých jsou tak přesné atd.. například tou gravitací mezi Everestem a mořem se to rozjede stejně cca za pár milionů let (takže cca o řád silněji)
Zde specificky, jde o radioaktivní izotop s životností cca pod 8000let. 66M/8k= 8250 (počet uběhlých poločasů); (1/2) umocněno na 8250 = prakticky nic, přes 2400 nul za desetinou čárkou.
Takže leda s reaktorem/urychlovačem a průběžnou výrobou nového izotopu i hodin.
Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni
