Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) разработали атомные часы, которые побили все рекорды точности, так как способны измерять время до 19-го знака после запятой.
В Америке собрали самые точные в мире часы: их делали 20 лет, но зачем они нужны?
Американские ученые разработали самые точные в мире атомные часы, способные измерять время до 19-го знака после запятой. Это устройство не только побьет все рекорды, но и поможет переопределить секунду и проверить фундаментальные константы Вселенной.
Unsplash
Как сообщила пресс-служба NIST, это достижение, результат более чем 20-летней работы, открывает путь к пересмотру самого определения секунды и новым открытиям в физике.
Команда ученых из NIST, создавшая самые точные часы на Земле
В основе устройства лежит тандем из двух ионов — алюминия и магния, работающий по принципу квантовой логической спектроскопии. Ион алюминия обладает исключительно стабильной частотой «тиканья» и меньше реагирует на внешние факторы, чем цезий — текущий эталон времени. Однако у него есть недостаток: его трудно охлаждать и исследовать с помощью лазеров.
Здесь на помощь приходит ион магния, который легко управляется лазерами и выполняет роль «помощника»: он охлаждает алюминий и позволяет ученым считывать его состояние. Как объясняют исследователи, ионы движутся вместе, и поведение алюминия считывается через магний.
Новые часы оказались на 41% точнее предыдущего рекорда и в 2,6 раза стабильнее всех существующих ионных аналогов. Чтобы достичь такой точности, ученым пришлось устранить множество физических помех. Одной из проблем было микродвижение ионов в ловушке из-за электрических возмущений. Ее решили, установив ловушку на алмазной подложке и покрыв электроды утолщенным слоем золота.
Еще одной неожиданной преградой стал водород, который выделялся из стальных стенок вакуумной камеры и мешал стабильной работе часов. Замена стали на титан снизила уровень водорода в 150 раз, что позволило проводить эксперименты сутками без перезагрузки, тогда как раньше ловушку приходилось перезапускать каждые полчаса.
Ключевым шагом стало подключение системы к сверхстабильному лазеру из лаборатории JILA по оптоволоконной линии длиной 3,6 км. Это позволило увеличить время зондирования ионов с 150 миллисекунд до одной секунды, сократив время измерений с трех недель до полутора суток.
Ионная ловушка для часов с ионами алюминия, благодаря которой ион алюминия и ион магния могут «тикать» без помех
Теперь столь высокая точность открывает новые перспективы для науки. Часы могут быть использованы для пересмотра определения секунды, проведения высокоточных гравитационных измерений и проверки фундаментальных физических констант.
Кроме того, эта платформа закладывает основу для создания масштабируемых квантовых систем и экспериментов за пределами Стандартной модели физики.