Физики достигли значительного прогресса в области точного измерения времени, разработав атомные часы, охлаждаемые до температур, близких к абсолютному нулю. Исследователи создали первые в мире криогенные оптические атомные часы на основе одиночного иона. Ожидается, что новое устройство сможет превзойти по точности цезиевые часы, которые в настоящее время используются для определения секунды, в 100 раз. Это открытие является важным шагом на пути к замене устаревших цезиевых часов, которые десятилетиями служили основой глобальной системы хронометража. Оно также может значительно улучшить фундамент, на котором строятся физика, навигация, телекоммуникации и многие другие высокоточные измерения.
«Точные измерения времени и частоты являются основой всей нашей системы физических единиц, – отмечают ученые, – поэтому повышение точности часов способствует укреплению основ для любых физических измерений». Для стабилизации оптического лазера был использован один захваченный атом стронция.
Принцип работы точных часов заключается в использовании стабильных повторяющихся событий. В атомных часах эту роль выполняют электромагнитные колебания лазера, а квантовые колебания атома действуют как камертон, поддерживающий стабильность лазера. Ключевым достижением стало охлаждение захваченного атома стронция до температуры ниже пяти градусов Кельвина (около -268 °C), что существенно уменьшило тепловое излучение и устранило один из основных источников погрешности. Криогенная среда позволяет атому выполнять функцию «камертона» с гораздо более высокой стабильностью.
Сверхточный хронометраж обладает значительными научными последствиями. Базовые электрические стандарты, такие как ампер и вольт, зависят от исключительно точных измерений времени и частоты. Однако наиболее важным применением сверхточных часов является проверка фундаментальных законов природы.
Наиболее успешным использованием нового поколения оптических часов стала проверка гипотезы о неизменности фундаментальных констант природы, таких как скорость света и постоянная Планка. Такие эксперименты возможны только с помощью атомных часов.
Источник: new-science.ru
распечатать статью
