Исследователи создали два экземпляра самых точных в мире часов

Американские ученые разработали два варианта самых точных в мире атомных часов

Исследователи из Национального института стандартов и технологий в Боулдере, штат Колорадо, разработали часы, бьющие все рекорды стандартов времени: их нестабильность – всего лишь (Δv/v) 10^-18, сообщает phys.org. Они описали эти часы в препринте, выложенном на сервере ArXiv. Исследователи предполагают, что если их часы каким-то образом можно будет использовать для оценки возраста Вселенной, они произведут необходимые вычисления с точностью до одной секунды.

Исследователи основали свое изобретение на физических свойствах оптической решетки, которая использует наложение лазерных пучков: это минимизирует разброс временных интервалов, что являлось основной проблемой неравномерности секунд из-за постоянно меняющихся частот.

В ходе истории сам вопрос изготовления точных часов становился все более и более актуальным и важным. Кроме того что часы помогают людям планировать по времени свои дела или организовывать свою жизнь, сегодня они используются при запуске GPS, для поддержания работы интернет-сетей и являются ключом к разгадке фундаментальных законов Вселенной. Так как современные технологии усложняются, появляется необходимость разработки еще более точных часов. Так появились атомные часы, которые используют электронные частоты перехода в ультрафиолетовом, оптическом или микроволновом диапазоне электромагнитного спектра, чтобы показывать самое точное время. Используя подобную технологию, исследователи сконструировали новый тип атомных часов, которые являются самыми точными часами из всех когда-либо существующих.

Структура самых точных в мире атомных часов. Фото с сайта arxiv.org

Совершенно новые часы

При разработке инновации исследователи использовали лазер и зеркала, чтобы построить специальную пространственную решетку – ловушку, способную улавливать и прочно удерживать атомы, чтобы не было радиочастотных помех, ставших проблемой других атомных часов. Когда ловушка наполняется атомами иттербия, они попадают под действие другого лазера, который измеряет их электронные частоты. В результате часы, если они будут одобрены и пойдут в массовое производство, будут отставать меньше чем на секунду за период времени в 31 миллиард лет.

Разработка часов, которые считаются самыми точными в мире, могла бы стать проблемой. Ведь встает вопрос: как можно измерить точность самых точных часов? Ученые решили проблему путем создания других таких же часов, сравнив показываемое ими время. По их словам, эксперимент прошел успешно.

Прежде всего часы должны найти свое применение при измерении гравитационного красного смещения, при котором необходима высокая точность, и высоты географических районов. Дело в том, что в области более высокой гравитации время идет медленнее. А исследователи говорят, что их новые часы способны измерять гравитационное красное смещение с точностью до 1 сантиметра.

Атомные часы уже применялись в области науки и технологий, что привело к созданию таких инноваций, как глобальное позиционирование, современные средства связи, а также при проведении измерений фундаментальной постоянной. Следующее поколение оптических атомных часов может расширить возможности хронометров, при использовании которых исследователи уже давно стремились к беспрецедентно большой точности измерения.

Это достижение позволит совершить еще одну революцию в современных приложениях, работающих в непосредственной связи со временем, которые найдут свое применение в усовершенствованной земной и космической навигации и телескопии, а также новых экспериментах по физике вне пределов стандартных моделей.