Текст уведомления здесь
Одна из моделей атомных часов на ядрах иттербия в NISTN. Phillips/NIST

Созданы рекордно точные атомные часы

Новый прибор тикает так точно, что теоретически может уловить гравитационную волну. Или детектировать темную материю

Экспериментальные атомные часы в Национальном институте стандартов и технологий, NIST, (США) установили сразу три рекорда — точности, стабильности и воспроизводимости результатов на двух разных установках. Никогда еще двое часов не тикали столь синхронно. Как сообщается в пресс-релизе NIST, столь точные часы смогут засечь даже изменение формы Земли под действием гравитационных волн, а это позволит приблизиться к решению ряда фундаментальных вопросов.
Добавить в закладки
Комментарии

Атомные часы используют в качестве «маятника» отдельные атомы внутри специальных ловушек. Когда атом переходит с одного энергетического уровня на другой, то есть получает или отдает порцию энергии, он испускает излучение со строго фиксированной частотой. И, зная эту частоту, число колебаний в секунду, физики могут определить время. Согласно современному определению, одной секундой называют ровно 9 192 631 770 периодов излучения охлажденных практически до абсолютного нуля атомов цезия-133. Это значит, что за одну секунду создаваемое этими атомами электромагнитное поле успевает поменять направление ровно 9 192 631 770 раз.

Излучение атомов гораздо стабильнее, чем колебания механических маятников или кварцевых пластинок, используемых в большинстве бытовых часов, однако и на него влияют разные факторы. Разработка американских физиков и инженеров, о которой также сообщается в Nature, использует в качестве маятника не одиночный атом, посаженный в ловушку, а совокупность тысячи атомов иттербия, подвешенных в пересекающихся друг с другом лазерных лучах.

Система из двух таких часов показала беспрецедентные характеристики. Так, ошибка в показаниях не превышает 1,4×10-18, то есть разработчикам прибора удалось достичь точности, немногим хуже одной миллиардной от одной миллиардной.

Если бы такие часы были запущены в момент формирования Земли, они бы к сегодняшнему дню ушли вперед — или отстали — всего на одну десятую секунды. А если бы их последний раз проверили во время вымирания динозавров, то сегодня расхождение показаний с реальностью было бы в районе полутора миллисекунд.

Столь высокая точность сопровождается соответствующей стабильностью и воспроизводимостью результатов, то есть разные часы идут одинаково в равных условиях. И это означает не просто шаг вперед для метрологии как таковой, но и новые возможности для фундаментальной науки. Часы в гравитационном поле замедляют свой ход, и этот эффект теперь можно обнаружить при сравнении показаний двух часов в разных местах даже там, где он раньше был недоступен для наблюдения в силу своей малой величины.

Атомные часы образца 1976 года уже были способны зафиксировать замедление времени, вызываемое гравитационным полем Земли: они «тикали» с разной частотой при сравнении показаний на поверхности и на десятикилометровой высоте. Новая же разработка должна зафиксировать (при наличии двух подобных приборов в разных местах) тот эффект, который возникает из-за растяжения или сжатия планеты в пределах одного сантиметра. Для сравнения: приливы, создаваемые Луной и Солнцем, поднимают и опускают поверхность планеты (включая кору материков) на величину в несколько десятков сантиметров, так что геофизики смогут увидеть не только очевидные приливные эффекты, но и ряд более тонких явлений —  к примеру, гравитационные волны.

Так что, возможно, через некоторое время гравитационные волны будут ловить не только при помощи установок, подобных LIGO и VIRGO, но и при помощи сверхточных атомных часов.

Кроме того, достаточно точные атомные часы при размещении в нескольких разных точках смогут «поймать» темную материю, если та удовлетворяет одной из предлагаемых гипотез: возможно, что неуловимую массу создают вовсе не какие-то частицы, а своего рода «дефекты» в пространстве-времени. Гипотеза о том, что темная материя на самом деле имеет подобную природу, пока не была ни доказана, ни опровергнута, так что появление нового инструмента окажется весьма кстати.

А недавно, кстати, метрологи наконец-то избавились от материального эквивалента килограмма, сведя его к планковской константе. Для этого им тоже потребовался прибор, созданный в NIST.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы