Ученые совершили важный технологический прорыв, разработав оптические атомные часы, функционирующие при экстремально низких температурах, близких к абсолютному нулю. Это достижение открывает новые горизонты в области высокоточных измерений, которые еще недавно казались невозможными даже в самых передовых лабораториях.
При охлаждении до 5 К атом стронция проявляет исключительную стабильность, становясь практически идеальным эталоном частоты. Лазер, настроенный на его переходы, демонстрирует невероятную устойчивость. В условиях стремительного развития квантовых сенсоров, навигационных систем и телекоммуникаций такие часы могут радикально изменить подходы к измерениям.
Алексей Морозов, кандидат физико-математических наук и исследователь в области квантовой метрологии, подчеркивает, что сверхточные измерения сегодня становятся ключевым направлением научного прогресса.
Любая система отсчета времени основана на повторяющихся событиях. В кварцевых часах это механические колебания, в современных оптических – переходы электрона между энергетическими уровнями атома. В криогенных одноионных часах «тикание» обеспечивается одним атомом стронция, на который воздействует лазерный луч. Точные измерения времени и частоты являются основой нашей системы физических единиц.
За последнее десятилетие метрология прошла путь от микроволновых стандартов до лазеров видимого диапазона. Каждый шаг уменьшал разброс частот, стабилизировал генераторы и делал возможными измерения с невероятной точностью – до 18 знаков после запятой. Это эквивалентно возможности измерить расстояние до Луны с точностью до миллионной доли миллиметра.
Изолированные атомы подвержены воздействию теплового излучения окружающей аппаратуры – камер, зеркал и металлических элементов. Эти возмущения снижают стабильность переходов и вызывают частотный дрейф. Нагрев нарушает стабильность атомного сигнала, и часы начинают дрейфовать.
Охлаждение до криогенных температур почти полностью устраняет этот фактор. При 5 К захваченный атом стронция становится «неподвижным» с точки зрения тепловых колебаний, что позволяет ему удерживать стабильную частоту значительно дольше.
Первые стандарты времени базировались на маятниках. Затем пришли кварцевые осцилляторы, за ними – микроволновые атомные часы на цезии. Оптические системы стали следующим этапом эволюции. Криогенные одноионные часы продолжают эту тенденцию, достигая точности, которая ранее считалась недостижимой.
Источник: newsinfo.ru
распечатать статью