Новые сверхточные часы: шаг к переопределению секунды

Точность измерения времени всегда была движущей силой научных прорывов. В журнале Physical Review Letters недавно опубликовано исследование, которое представило оптические решетчатые часы, достигшие непревзойденной точности. Это открытие может привести к переопределению секунды и имеет далеко идущие последствия для фундаментальной физики и различных практических областей.

Принцип работы одномерных часов с оптической решеткой

В основе исследования лежит использование одномерной оптической решетки, в которой атомы заключены в вертикальной вакуумной полости, выровненной по гравитации. Эта конфигурация позволяет точно манипулировать и измерять состояния атомов. Ключевым элементом точности этих часов является спектроскопия Раби, метод, который изучает переходы между энергетическими уровнями атомов. Помещая атомы в определенные квантовые состояния и стимулируя их переходы, исследователи могут с высокой точностью измерять долю атомного возбуждения.

Один из главных вызовов в создании сверхточных часов — это минимизация внешних помех. Исследователи выбрали переход, наименее чувствительный к магнетизму, что позволяет свести к минимуму искажения результатов. Контроль температуры также играет важную роль: температурный зонд с двумя датчиками отслеживает температуру в месте расположения атомов, обеспечивая термостабильность и, следовательно, высокую точность измерений.

«Синие боковые полосы»

Важным аспектом работы часов является явление «синих боковых полос» (BSB), вызванное переходами Ванье-Штарка, которые происходят, когда атомы перескакивают из одного положения в другое в световой решетке. Исследователи разработали математические модели, чтобы понять, как эти переходы влияют на точность часов, учитывая структуру световой решетки и температуру. Это позволило обеспечить надежную работу системы и достичь высокой точности измерений.

В исследовании достигнута рекордная систематическая погрешность оптических решетчатых часов — 8,1×10⁻¹⁹ единиц дробной частоты. Это представляет собой исключительный уровень точности, который может значительно повлиять на фундаментальную физику и технологии, зависящие от точного измерения времени.

Оптические решетчатые часы могут предоставить точные данные о природе времени и пространства, раскрывая ранее неизвестные аспекты Вселенной. На практике такие часы могут улучшить системы глобального позиционирования (GPS), телекоммуникации и другие технологии, зависящие от точного времени. Однако, несмотря на перспективы, путь к внедрению этих часов в существующие технологии сложен и долог, поскольку требует многочисленных дальнейших исследований и усовершенствований.

Заключение

Новое исследование открывает путь к возможному переопределению секунды, предлагая новый уровень точности измерения времени. Как более точная линейка позволяет измерять расстояния с большей детализацией, так и оптические решетчатые часы предоставляют беспрецедентную точность, открывая новые горизонты для науки и технологий.

Источник: Исследователи разработали настолько точные часы, что они могут дать новое определение секунде — New-Science.ru