Ученые разработали самые точные и точные атомные часы на сегодняшний день: если вы проведете их в течение времени, вдвое превышающего нынешний возраст Вселенной, они отклонятся всего на одну секунду. Это могло бы не только улучшить такие службы, как GPS, но и помочь ученым изучить, как гравитация искажает течение времени на субмиллиметровых расстояниях.
Ваши часы с Микки Маусом отлично отслеживают время в повседневных целях — присутствие секунды здесь или там не имеет значения для встреч или обедов. Но для сложных событий, таких как космические запуски, разница в доли секунды может означать разницу между выскакиванием пробки шампанского в диспетчерской и самыми дорогостоящими взрывами, которые может произвести человек.
Атомные часы — невероятно точные инструменты, позволяющие совершать такие впечатляющие подвиги. Они работают, подсчитывая чрезвычайно предсказуемые вибрации определенных атомов — например, цезий-133 «тикает» ровно 9 192 631 770 раз в секунду, и это используется для официального определения длины секунды с 1960-х годов. Их точность составляет одну секунду за 300 миллионов лет.
Теперь ученые из JILA разработали гораздо более точные атомные часы. Он основан на нескольких разработках, которые команда создавала на протяжении многих лет. Во-первых, вместо него используются не атомы цезия, а стронций, который совершает безумные 429 триллионов раз в секунду. Вместо того, чтобы измерять эти тики с помощью микроволн, этот вид атомных часов использует видимые световые волны, которые имеют гораздо более высокую частоту.
Десятки тысяч этих атомов стронция пойманы в своего рода лазерную сеть, или '' оптическая решетка», которая удерживает их на месте, пока они исполняют свой предсказуемый танец. Наличие такого большого количества данных в одном месте помогает повысить точность, причем за миллиарды лет она снижается всего на одну секунду.
Лазерная ловушка облако атомов стронция внутри «оптической решетки» в самых точных в мире атомных часах. Палубицки/НИСТ
Новые атомные часы команды JILA повышают точность до рекордного уровня, используя более мелкую и мягкую световую ловушку. Это предотвращает два источника ошибок, которые часто возникают в атомных часах на оптической решетке – влияние лазерного света и столкновение атомов друг с другом.
Эта новая конструкция, очевидно, имеет точность в пределах 8,1 частей на 10 квинтиллионов (10 с последующими 19 нулями). Другими словами, если бы часы проработали 30 миллиардов лет, то часы отставали бы всего на одну секунду – это более чем в два раза превышает нынешний возраст Вселенной. Мы пытаемся сказать, что это чертовски точно.
Эту ошеломляющую точность можно использовать для измерения времени лучше, чем когда-либо прежде, улучшая такие технологии, как GPS и связь. Но они также могут помочь исследовать саму физику — в конце концов, гравитация может изменять скорость течения времени, и этот прибор может измерять эту разницу на расстояниях около толщины одного волоса.
«Эти часы настолько точным, что он может обнаруживать крошечные эффекты, предсказанные такими теориями, как общая теория относительности, даже в микроскопическом масштабе», — сказал Цзюнь Е, автор исследования. «Это расширяет границы возможностей хронометража».
Исследование было принято к публикации в журнале Physical Review Letters и в настоящее время доступно в виде препринта на ArXiv.
