中国の研究者、原子核時計のモデルで約6倍の安定性を達成

中国の研究者が原子核時計の開発で進展を示した。彼らが作成した試作モデルは、ウィーンの研究チームが考案したものと比べて約6倍高い安定性を示すという試験結果が得られた。これは時間計測の超高精度化や幅広い科学的応用への道を開く可能性がある。

この技術は従来の原子時計で使われる電子の遷移ではなく、トリウム-229の原子核を利用する。外的撹乱の影響を抑え、将来的に測定の安定性と精度を向上させることを目指している。

清華大学の研究者が開発したモデルは、トリウム-229核を含む結晶にレーザーで紫外線を照射する方式に基づく。核が特定の周波数で光に応答する際の核遷移を基準として、時計の周波数を調整し安定性を評価できる。

この手法は、電子の遷移ではなく核内部のエネルギー遷移に依拠する点で従来の原子時計と異なる。核は非常に小さく、その構成要素が強く結び付いているため、研究者らは外的要因の影響が少ない参照を提供できることを期待している。

試験では、独立に作製された二つの結晶から得られた信号が高い一致を示した。これは、単一の特異な試料に頼るのではなく、新たに作製した結晶でも再現性のある結果が得られる可能性を強める。

ただし、これが世界で最も正確な時計になったことを意味するわけではない。先進的な原子時計や光格子時計などが総合的な性能ではなお優れている。技術を発展させるには、レーザーシステムの改善や結晶の品質向上、内部欠陥の低減が必要だ。

さらに、トリウム-229の希少性も追加の課題であり、異なる特性を持つ結晶を用いた反復実験の実施能力を制限している。原子核時計はまだ開発段階にあり、広い実用利用には至っていない。

原子核時計の重要性は単なる時刻測定にとどまらない。物理学の基本法則の検証や、物理定数のごく小さな変化を通じた暗黒物質の影響の探索を可能にする可能性がある。ウィーンの研究チームは自らの原子核時計を使って暗黒物質探索実験を行ったが、存在を示す証拠は得られなかった。

長期的には、研究者らは原子核時計を小型化して衛星航法や超高精度測定、データ同期に利用することを期待している。ただし、実験室レベルから実用へ移すには、より高い安定性と精度が必要だ。