Созданы атомные часы в 37 раз более точные, чем существующий международный стандарт - Гранит науки - 2010-02-22

Созданы атомные часы в 37 раз более точные, чем существующий международный стандарт.

Атомные часы (они же атомные оптические часы, часы c квантовой логикой) измеряют время, используя в качестве маятника, т.е. постоянного периодического процесса, собственные колебания атомов. Работа новых часов, созданных в американском Национальном Институте Стандартов и Технологий (National Institute of Standards and Technology), основана на измерении энергии состояний иона алюминия. Погрешность такого хронометра составляет 1 секунду за 3.7 миллиарда лет – это приблизительно 4 секунды за все время существования Вселенной от Большого взрыва до сегодняшнего дня. Согласно международному стандарту самыми точными в настоящее время считаются т.н. фонтанные цезиевые часы - в международной системе СИ одна секунда равна 9 192 631 770 периодам электромагнитного излучения, возникающего при переходе между двумя уровнями основного состояния атома цезия-133. Ошибка цезиевых часов оценивается как 1 секунда в 100 миллионов лет. Разрабатываемые сейчас атомные часы на основе алюминия и магния считаются точнее, потому что у них переход между энергетическими уровнями совершается на частоте в 1.121 Петагерц (это порядка 10 -15 герц). Соответствующая частота в случае цезия равняется лишь 9.2 Гигагерц (т.е. 10-9 герц), следовательно, цезиевые часы делят секунду на меньшее число частей, а потому дают меньшую точность.

Для поддержания отсчета времени ионы в атомных часах должны находиться под воздействием лазерных импульсов с частотой, соответствующей частоте перехода атома из одного энергетического состояния в другое. В настройке частоты лазера под частоту перехода алюминия заключается главный этап эксперимента по созданию наиточнейших часов, который провела группа физиков из Института стандартов и технологии под руководством Чин-вен (Джеймса) Чу (Chin-wen James Chou) - авторов статьи в текущем выпуске журнала Physical Review Letters. Однако прежде чем настраивать частоту лазерных импульсов под состояние атома алюминия это состояние нужно определить. Для этого ион алюминия спарили с ионом магния, и на эту пару направили другой пучок лазерного излучения. Свидетельством изменения состояния алюминия было движение обоих ионов. Для того чтобы определить параметры движения нужен дополнительный лазер, сфокусированный на магнии. Если ион магния в движении, он излучает фотоны. В этом красота эксперимента. Чем точнее хронометр, тем совершенней системы навигации, в том числе и GPS, но есть у таких приборов и фундаментальные задачи. С их помощью можно оценить возможные изменения универсальных физических констант, таких как скорость света в вакууме или постоянная Планка, что значимо для квантовой физики. А можно обнаружить и замедление времени, предсказанное Общей теорией относительности Эйнштейна.