Čína ukázala jadrové hodiny, ktoré prekonali európsky experiment. V prvých testoch boli až 6-krát stabilnejšie

Vedci urobili ďalší významný krok vo vývoji presnejšieho merania času. Dva výskumné tímy z Číny a Európy nezávisle od seba vytvorili fungujúce jadrové hodiny, ktoré na meranie času využívajú zmenu energetického stavu priamo v jadre atómu.

Čínska skupina vedená fyzikom Shiqianom Dingom z univerzity Tsinghua použila izotop tórium-229, ktorý vložila do kryštálu fluoridu vápenatého. Pomocou špeciálneho lasera následne dokázala stabilizovať jeho frekvenciu podľa prechodu v jadre atómu.

Výsledok vyšiel 7. októbra 2026 v časopise Nature. V rovnaký deň publikoval vlastný experiment aj tím z rakúskej TU Wien. Obe skupiny teda dosiahli fungujúcu jadrovú hodinu nezávisle a trochu odlišným spôsobom.

Čas už nemusí určovať elektrón

Aby bolo jasné, prečo je tento experiment významný, treba sa pozrieť na fungovanie dnešných atómových hodín. Atómové hodiny využívajú energetické prechody elektrónov. Elektrón môže za presne stanovených podmienok prejsť medzi dvoma energetickými stavmi a pri tomto procese vznikne veľmi presne definovaná frekvencia. Práve tá slúži ako akési neuveriteľne stabilné „kyvadlo“, podľa ktorého sa určuje čas.

Jadrové hodiny používajú podobný princíp, ale posúvajú ho do samotného jadra atómu. V prípade nového experimentu ide o tórium-229. Jeho jadro má mimoriadne nízkoenergetický prechod, ktorý dokáže vyvolať laser s vlnovou dĺžkou približne 148 nanometrov v ultrafialovej oblasti. Namiesto sledovania elektrónu teda vedci sledujú zmenu energetického stavu samotného jadra.

Súvisí s tým

Prelom v meraní času: Vedci rozbehli jadrové hodiny z tória 229, na ktoré fyzici čakali celé desaťročia

Toto rozlíšenie nie je iba slovíčkarenie. Jadro je približne tisíckrát menšie než celý atóm a jeho energetické stavy sú menej citlivé na niektoré vonkajšie rušivé vplyvy. Práve preto by jadrové hodiny mohli v budúcnosti priniesť veľmi stabilný časový štandard.

Vývoj takejto technológie však rozhodne nebol jednoduchý. Vedci už predtým dokázali pomocou pulzného lasera vyvolať a zmerať prechod tória-229. Na vytvorenie skutočných hodín však potrebovali oveľa presnejší kontinuálny laser s vlnovou dĺžkou približne 148 nanometrov.

Práve tento problém vyriešil Dingov tím ešte pred samotným experimentom. Vedci vytvorili kontinuálny zdroj ultrafialového žiarenia, ktorý dokázal presne zasiahnuť požadovaný prechod v jadre tória-229. Laser však nestačil, vedci potrebovali aj vhodný materiál, do ktorého by vzácny izotop vložili. Tórium-229 patrí medzi veľmi vzácne materiály a každý mikrogram má veľkú hodnotu. Čínsky tím preto vytvoril kryštál fluoridu vápenatého s extrémne malým množstvom tória. Na jeho výrobu použil iba 1,4 mikrogramu tória-229.

Podľa tímu išlo o približne dvestokrát menšie množstvo izotopu než pri experimente európskych vedcov.

Laser sa začal riadiť podľa jadra

Po vytvorení vhodného kryštálu prišla ešte dôležitejšia časť experimentu. Vedci nasvietili na materiál 148-nanometrový laser a sledovali, ako tórium reaguje. Získali tak spektrum jadrového prechodu a mohli určiť, pri akej frekvencii nastáva požadovaná zmena energetického stavu. Následne vytvorili spätnú väzbu. Ak sa frekvencia lasera čo i len trochu odchýlila od požadovanej hodnoty, systém túto chybu vyhodnotil a upravil laser. Tým vzniklo niečo podstatne zaujímavejšie než obyčajné meranie jadrového prechodu. Samotné jadro tória-229 sa stalo referenciou, podľa ktorej laser udržiaval svoju frekvenciu.

Práve tým vedci prešli od jednoduchého pozorovania jadrového prechodu k jeho využitiu na stabilné meranie času. Výsledná experimentálna zostava preto už funguje ako jadrové hodiny, nie iba ako zariadenie na skúmanie vlastností tória.

„Neexistoval jeden krok, ktorý by zrazu umožnil vznik hodín. Museli sme vyriešiť niekoľko rôznych problémov vrátane prípravy materiálu s vhodnými jadrami a vývoja dostatočne presných laserov.“ vysvetľuje Ding.

Prečo potrebujeme ešte presnejšie hodiny?

Ak atómové hodiny patria medzi najpresnejšie meracie zariadenia vôbec, načo potrebujeme ďalší typ?

Jadrové hodiny majú potenciál priniesť niekoľko výhod. Keďže ich základ tvorí jadro atómu, môžu byť menej citlivé na niektoré vonkajšie elektrické a elektromagnetické vplyvy. Zároveň môže pevný kryštálový základ umožniť kompaktnejšiu konštrukciu než pri niektorých súčasných špičkových atómových hodinách.

Takáto technológia by raz mohla nájsť využitie pri navigácii, telekomunikáciách alebo presnej synchronizácii systémov. Zatiaľ však nejde o zariadenie, ktoré by nahradilo najlepšie atómové hodiny.

Súčasné jadrové hodiny totiž ešte nedosahujú ich maximálnu presnosť a stabilitu. Vedci ich preto musia ďalej zdokonaľovať.

Hodiny môžu pomôcť aj pri hľadaní novej fyziky

Najzaujímavejšie využitie však nemusí súvisieť priamo s meraním času. Prechod tória-229 môže byť citlivý na veľmi malé zmeny základných fyzikálnych konštánt. Jadrové hodiny tak môžu vedcom poskytnúť nový nástroj na hľadanie javov, ktoré dnešné experimenty zachytávajú len veľmi ťažko.

Vedci už uvažujú napríklad o ich využití pri hľadaní prejavov temnej hmoty alebo pri testovaní toho, či sa základné fyzikálne konštanty v čase nemenia. Európsky tím už dokonca ukázal využitie svojich jadrových hodín pri experimente zameranom na takúto precíznu fyziku.

„Oba tímy pracovali nezávisle a v rovnakom čase dosiahli fungujúce jadrové hodiny pomocou odlišných experimentálnych postupov. Je to veľmi povzbudivé, pretože to ukazuje, že tento koncept je robustný a nezávisí od jedného konkrétneho technického riešenia,“ uzatvoril Ding.

Jadrové hodiny teda zatiaľ zostávajú predovšetkým experimentálnou technológiou. Ich prvé fungujúce verzie však ukazujú, že vedci už dokážu stabilne pracovať s jadrovým prechodom tória-229 a využiť ho ako presnú frekvenčnú referenciu. Ďalší vývoj rozhodne, ako ďaleko sa tento nový spôsob merania času dostane mimo laboratórií.