Национальный институт стандартов и технологий (NIST) в Боулдере, штат Колорадо, официально представил атомные часы NIST-F4 — один из самых точных хронометров в мире. По заявлению ученых, погрешность этих часов составляет всего 2,2 части на 10 квадриллионов, что эквивалентно отклонению на одну секунду за 100 миллионов лет.
NIST-F4 уже передан в Международное бюро мер и весов для сертификации в качестве первичного стандарта частоты — статуса, который имеют лишь несколько стран: США, Франция, Германия и Япония. Если сертификация пройдет успешно, часы будут признаны самыми точными в мире.
Как работают часы
В отличие от обычных механических или кварцевых часов, NIST-F4 использует колебания атомов цезия. Атомы охлаждаются почти до абсолютного нуля (-273 °C) и подбрасываются вверх, образуя «фонтан». Проходя через микроволновое поле, они меняют энергетическое состояние, создавая «тиканье» — 9 192 631 770 раз в секунду. Именно это число определяет длительность официальной секунды с 1967 года.
Фонтанные часы должны быть максимально стабильными и предсказуемыми — скучными, если хотите. Но именно эта «скучность» делает их надежными.
Напомним, сверхточное время критично для таких областей, как:
- GPS и навигация: здесь даже микросекундная погрешность может привести к ошибке в несколько метров;
- Финансовые транзакции: поскольку биржевые сделки фиксируются с точностью до миллионных долей секунды;
- Центры обработки данных: для синхронизации серверов дата-центров требуется эталонное время;
- Наука: от квантовых вычислений до изучения гравитационных волн.
Сигналы времени используются миллиарды раз в день — от настройки часов в смартфонах до отметки транзакций на триллионы долларов.
NIST-F4 — эволюция более ранней модели NIST-F1, разработанной еще в 1999 году. В 2016 году из-за переезда лаборатории часы пришлось перестраивать почти с нуля. Ученые потратили годы на калибровку магнитных полей, оптики и микроволнового резонатора, добившись точности до 0,02 мм в некоторых компонентах.
Оценка таких часов — медленный процесс. Мы должны быть уверены в каждом параметре.
Пока NIST-F4 проходит сертификацию, его дублирует предыдущая модель часов NIST-F3, обеспечивая бесперебойную работу. В будущем институт планирует создать еще более точные оптические атомные часы, использующие стронций или иттербий.
Читайте также нашу статью о том, зачем и когда из мирового времени вычтут секунду.
