Новые стронциевые часы грешат всего на секунду за 30 миллиардов лет

Физики из Китая создали оптические часы на стронции с точностью 10^-19 — их допустимая погрешность не превышает одну секунду только за 30 млрд лет.

Стронциевые часы с оптической решеткой, разработанные Университетом науки и технологии Китая. Фото: CMG

Источник: https://phys.org/

Исследователи из Университета науки и технологии Китая совершили крупный прорыв в технологии оптических часов, разработав стронциевые часы с оптической решеткой, стабильность и погрешность которых впервые в истории превышают уровень 10^-19. Это означает, что часы будут терять или выигрывать одну секунду примерно за 30 миллиардов лет (если, конечно, Вселенная столько просуществует). Результаты исследования опубликованы в журнале Metrologia.

Оптические часы считаются самыми точными из доступных в настоящее время устройств для измерения времени. Они используют в качестве эталона частоту света, испускаемого при переходе электронов между энергетическими уровнями в атомах.

Помимо хронометража, оптические часы могут обеспечить высокоточную привязку времени для современных технологий, таких как спутниковая навигация, телекоммуникации и высокоточные измерения. Они также предлагают новые экспериментальные платформы для проверки теорий фундаментальной физики, включая общую теорию относительности, а также для обнаружения гравитационных волн и темной материи.

Трехмерные квантовые газовые атомные часы JILA 2017 года выпуска состоят из световой сетки, образованной тремя парами лазерных лучей. Набор из двух таблиц используется для настройки оптических компонентов вокруг вакуумной камеры. Здесь показан верхний стол, на котором установлены линзы и другая оптика. Синий лазерный луч возбуждает облако атомов стронция в форме куба, расположенное за круглым окошком в середине стола. Атомы стронция сильно флуоресцируют при воздействии синего света.

Источник: https://commons.wikimedia.org/

Достижение стабильности на уровне 10⁻¹⁹ открывает возможности для широкого спектра передовых прикладных применений. К ним относятся миллиметровые измерения гравитационного потенциала и высоты над уровнем моря, которые могут помочь отслеживать деформацию земной коры, изменения грунтовых вод и вулканическую активность, а также улучшить картографирование Земли для предотвращения стихийных бедствий и разведки ископаемых ресурсов.

Устройство открывает новые подходы к обнаружению темной материи путем улавливания переходных низкочастотных сигналов, вызванных взаимодействиями частиц вещества и антивещества.

Ранее большинство оптических часов во всем мире работали с комбинированной стабильностью и погрешностью на уровне 10^-18. Лишь несколько ведущих институтов, таких как Национальный институт стандартов и технологий в Соединенных Штатах и Немецкий физико-технический институт (Physikalisch-Technische Bundesanstalt), достигли такого уровня точности.

Иттербиевые оптические часы в Национальном институте стандартов и технологий (NIST) в США

Источник: https://commons.wikimedia.org/

Новое достижение открывает перспективный технологический путь для разработки портативных и космических оптических часов. Исследователи говорят, что это может помочь в создание единого сверхточного глобального стандарта времени.

О том как квантовая запутанность вывела оптические часы на новый уровень точности, читайте в материале Hi-Tech Mail.