Ученые создали самые точные на сегодняшний день атомные часы. Даже если бы они работали 30 миллиардов лет (вдвое больше текущего возраста Вселенной), их погрешность составила бы всего одну секунду. Это достижение может не только улучшить такие службы, как GPS, но и помочь ученым понять, как гравитация искажает ход времени на расстояниях менее миллиметра.
Важность атомных часов
Обычные часы вполне подходят для повседневной жизни. Небольшая погрешность в секунду не критична для встреч или обедов. Однако для сложных событий, таких как космические запуски, разница в доли секунды может стать решающей.
Атомные часы - это невероятно точные инструменты, которые обеспечивают подобную эффективность. Они работают, подсчитывая чрезвычайно предсказуемые колебания определенных атомов. Например, атом цезия-133 совершает колебания с частотой 9 192 631 770 раз в секунду. Именно эта частота с 1960-х годов используется для официального определения длительности секунды. Погрешность таких часов составляет всего одну секунду за 300 миллионов лет.
Теперь ученые из JILA разработали атомные часы, которые намного точнее.
Как это работает?
Работа основана на нескольких усовершенствованиях, созданных командой за эти годы. Во-первых, вместо атомов цезия используются атомы стронция, которые совершают невероятные 429 триллионов колебаний в секунду. Во-вторых, для измерения этих колебаний вместо микроволн применяются световые волны, обладающие гораздо более высокой частотой.
Десятки тысяч атомов стронция удерживаются в своего рода лазерной сети, или «оптической решетке». Эта решетка удерживает их на месте, пока они совершают свои предсказуемые колебания. Большое количество атомов в одном месте повышает точность - такие часы будут отставать всего на одну секунду за миллиарды лет.
Новая разработка JILA достигает рекордных показателей точности благодаря более мягкой и щадящей световой ловушке. Это устраняет два источника ошибок, часто встречающихся в оптических решетчатых атомных часах - влияние лазерного света и столкновения атомов друг с другом.
Часы будут отставать всего на одну секунду, если они проработают 30 миллиардов лет - это время вдвое превышает текущий возраст Вселенной.
Эта невероятная точность может использоваться для улучшения измерения времени, а следовательно, и таких технологий, как GPS и связь. Кроме того, она позволит изучать фундаментальные законы физики. Ведь гравитация влияет на скорость течения времени, и этот инструмент сможет измерять это различие на расстояниях, сопоставимых с толщиной волоса.
«Эти часы настолько точны, что могут обнаружить крошечные эффекты, предсказанные теориями, такими как общая теория относительности, даже на микроскопическом уровне. Это расширяет границы возможного в области измерения времени», - говорит Джун Йе, один из авторов исследования.
Исследование принято к публикации в журнале Physical Review Letters и в настоящее время доступно в виде препринта на сайте ArXiv.
