Исследователи из Национального института стандартов и технологий США (NIST) разработали самые точные атомные часы в мире. Устройство основано на ионах алюминия и способно измерять время с точностью до 19 знаков после запятой. Этот результат устанавливает новый мировой рекорд, опережая по точности все ранее созданные модели.
В основе часов — пара ионов, алюминия и магния. Алюминий обеспечивает исключительно стабильную частоту тиканья, однако его трудно охлаждать и исследовать с помощью лазеров. Магний, напротив, не обладает нужной стабильностью, но легко управляется лазерными методами. Вместе они формируют систему, известную как квантовая логическая спектроскопия: ион магния охлаждает и стабилизирует алюминий, а также позволяет считывать его состояние.
До недавнего момента мировым эталоном времени считался цезий, но часы на ионах алюминия и магния его превзошли. Команда NIST добилась, чтобы их разработка была на 41% точнее предыдущего рекорда и в 2,6 раза стабильнее всех существующих ионных часов.
Создание новых часов заняло больше 20 лет. В процессе работы ученые устранили проблему микродвижения ионов в ловушке, которое мешало стабильности. Ловушку установили на алмазной подложке и покрыли утолщенным слоем золота для устранения электрических возмущений. Вакуумную камеру заменили титановым корпусом, что позволило снизить уровень водорода в 150 раз и проводить эксперименты без перезагрузки ловушки в течение нескольких суток.
Важным этапом стало подключение к сверхстабильному лазеру из лаборатории JILA по оптоволоконной линии длиной 3,6 км. Это позволило зондировать ионы в течение 1 с вместо прежних 150 мс, сократив время измерений с трех недель до полутора суток.
Как сообщается на сайте JILA, созданные часы могут быть использованы для пересмотра определения секунды, проверки фундаментальных физических констант и проведения высокоточных гравитационных измерений. Платформа открывает путь также к масштабируемым квантовым системам и экспериментам за пределами Стандартной модели.
Ранее Наука Mail рассказывала, что Земля начала вращаться быстрее. Почему это происходит — в комментарии эксперта ВШЭ Леонида Зотова.