IT-Russia Технологии, разработки, обзоры
Великие изобретения

Созданы самые точные в мире часы

Источник: http://www.rg.ru/

Созданы самые точные в мире часы
Новый рекорд точности измерения времени установили американские физики Национального института стандартов и технологий.

В созданных ими атомных часах ошибка в одну секунду накапливается за 3, 7 миллиарда лет, в то время как у предыдущих она набегала за миллиард лет. Такой феноменальной точности ученые достигли, заменив в конструкции ртуть и бериллий на алюминий и магний.

Казалось бы, зачем такая погоня за временем? Оказывается, суперточность требуется при определении возможных изменений фундаментальных констант, а также для проверки законов физики. Кроме того, подобные часы можно использовать для автономной навигации, например, при посадке самолетов по данным GPS.

Напомним, что в атомных часах два иона металлов находятся в электромагнитной "ловушке" на расстоянии нескольких микрометров друг от друга. Один из атомов служит собственно "хранителем" времени, а второй необходим для снятия показаний. Ученые "стреляют" по ионам из лазеров, и взаимодействие атомов позволяет выделять два состояния - условные ноль и единицу. Колебания между ними - и есть отсчет времени.

Принцип работы атомных часов

Атомные часы измеряют время не по механическим колебаниям маятника или кварцевого кристалла, а по частоте электромагнитного излучения, которое испускают атомы при переходе между двумя энергетическими уровнями. Эта частота исключительно стабильна и определяется фундаментальными свойствами вещества, а не геометрией или материалом деталей. В качестве эталона Секунда в Международной системе единиц СИ с 1967 года определена как 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

Конструктивно стандарт частоты на холодных атомах использует лазерное охлаждение, замедляющее тепловое движение частиц до температур вблизи абсолютного нуля. Медленные атомы или ионы удерживаются в электромагнитной ловушке, что резко снижает доплеровское уширение спектральной линии и увеличивает время взаимодействия с излучением. Затем атомы облучают микроволновым или оптическим сигналом, частота которого подстраивается под резонансный переход. Система обратной связи непрерывно корректирует частоту опорного генератора, привязывая её к атомному резонансу.

Переход от микроволновых стандартов к оптическим, работающим на частотах в сотни терагерц, даёт принципиальный выигрыш в точности: чем выше несущая частота, тем больше периодов укладывается в единицу времени и тем меньше относительная погрешность. Ионы алюминия и магния, упомянутые в эксперименте, относятся именно к оптическим часам. Их резонансные переходы лежат в ультрафиолетовой области и слабо подвержены сдвигам от внешних электрических и магнитных полей, что уменьшает систематическую неопределённость измерений.

Читайте также