Новые стронциевые атомные часы установили рекорд точности и стабильности

Самые точные в мире стронциевые часы

(фото Ye group, Baxley/JILA).

Атомы стронция внутри лазерной оптической решётки в представлении художника

(иллюстрация Ye group, Baxley/JILA).

Физики из Национального института стандартов и технологий США объявили о новом рекордсмене среди атомных часов. Прибор, использующий колебания атомов стронция в оптической решётке в качестве маятника, является одновременно самым точным и самым стабильным измерителем времени на сегодняшний день. Часы являются разработкой специалистов из института JILA, управляемым университетом Колорадо и Национальным институтом стандартов и технологий.

В пресс-релизе института учёные рассказывают о структуре нового прибора. Несколько тысяч охлаждённых почти до абсолютного нуля атомов стронция заключены в так называемую оптическую решётку — они удерживаются в областях, напоминающих сотню сложенных в стопку дисков. Такие ловушки создаются лазерными лучами высокой интенсивности. Другой лазер красного цвета заставляет атомы колебаться между двумя энергетическими уровнями со скоростью 430 триллионов движений в секунду.

Самые точные в мире стронциевые часы
(фото Ye group, Baxley/JILA).

Новые стронциевые атомные часы работают на 50% точнее предыдущего рекордсмена (а именно 6,4*10-18). Точность часов определяется тем, насколько они близки к истинной резонансной частоте, на которой их атомы осциллируют между двумя электронными уровнями энергии. Данная модель способна без погрешностей (ни на секунду позже или раньше) измерять время на протяжении пять миллиардов лет. Для сравнения, точнейшие атомные часы, о которых мы сообщали в июле 2013 года, способны работать без ошибок на протяжении 300 миллионов лет.

Второй параметр, по которому часы JILA установили новый рекорд, это стабильность. Стабильность определяется тем, как долго атомные часы должны работать для достижения своей максимальной производительности за счёт алгоритмов непрерывного усреднения (то есть сколько времени нужно, чтобы один "тик" часов соответствовал следующему "удару"). В случае стронциевых и иттербиевых часов этот срок составляет всего несколько секунд, в отличие от предыдущих моделей, которым требовались часы, а то и сутки.

В ходе эксперимента физики сравнивали производительность новой модели с другими стронциевыми часами, созданными в 2005 году. Оба прибора функционировали крайне согласованно и поддерживали уровень производительности в установленный срок.

Атомы стронция внутри лазерной оптической решётки в представлении художника
(иллюстрация Ye group, Baxley/JILA).

"У нас уже появились некоторые соображения, как ещё увеличить производительность часов. Поэтому нашу статью в журнале Nature стоит считать среднесрочным отчётом. Думаю, в ближайшие 5-10 лет, мы установим новые рекорды", — говорит руководитель исследовательской группы Цзюнь Е (Jun Ye) из института JILA.

Говоря об изменении стандарта секунды, учёные рассматривают вопрос смены неоспоримого авторитета цезиевых часов. Считается, что наиболее точными и стабильными могут быть лишь колебания атомов цезия, однако современные исследования показывают, что существуют куда более точные способы измерения времени, к примеру, с помощью стронция или иттербия.

Стронциевые часы и некоторые другие экспериментальные приборы работают на оптических частотах, которые значительно выше микроволновых частот, используемых в цезиевых часах. Все эти данные однажды могут привести к установлению новых стандартов хронометража, а также новым методам измерения гравитации и температуры.

Также по теме:
Физики протестировали сверхточные атомные часы
Иттербиевые атомные часы поставили рекорд стабильности
Самым точным в мире часам придумали ещё одно применение
Учёные нашли самые точные часы в мире
Учёные предложили самые точные в мире часы
Пульсары — эталоны времени