Науковці створили найточніший в історії пристрій для вимірювання часу
- Американські вчені з NIST створили алюмінієвий іонний годинник, який фіксує час із похибкою у 19 знаків після коми, використовуючи іон алюмінію в поєднанні з іоном магнію.
- Пристрій має потенціал для перегляду визначення секунди та відкриття нових можливостей у фізиці та нових технологіях, зокрема у квантових дослідженнях і вимірюваннях геодезичних даних Землі.
- Вчені модернізували вакуумну камеру і використовували одну з найстабільніших лазерних систем у світі, що значно підвищило точність і зменшило час для досягнення максимальної точності.
Американські вчені продовжують удосконалювати технології надточного вимірювання часу. Їхнє нове досягнення в галузі атомних годинників захоплює, оскільки воно відкриває нові горизонти для науки. Іонний годинник NIST є рекордним інструментом, який вимірєю час з безпрецедентною точністю.
Дослідники Національного інституту стандартів і технологій (NIST) США встановили новий рекорд у світі атомних годинників. Їхній алюмінієвий іонний годинник демонструє точність, яка дозволяє фіксувати час із похибкою у 19 знаків після коми, інформує 24 Канал.
Дивіться також Пристрій розміром з волосину допоміг пояснити походження енергії Всесвіту
Це означає, що пристрій здатен вимірювати секунди з такою малою невизначеністю, якої раніше не вдавалося досягти жодному іншому годиннику.
У чому секрет цієї технології?
Головною особливістю стало використання іона алюмінію, який має надзвичайно стабільну і часту "вібрацію", що використовується для встановлення стандарта часу. Проте цей іон складно охолодити й контролювати лазером.
Щоб подолати цю перешкоду, фізики використали підхід "квантової логіки": алюмінієвий іон об’єднали з іоном магнію, який легше керувати лазером. Магній виконує роль "охолоджувача" й допомагає зчитувати стан алюмінію, збільшуючи точність вимірювання.
Особливу увагу вчені приділили дизайну пастки, де утримують іони: посилили електроди товстішим шаром золота та замінили підкладку на товстішу діамантову пластину. Так вдалося зменшити надлишковий рух іонів (мікропідрухи), які погіршували точність годинника.
Ще один крок – модернізація вакуумної камери: сталевий корпус, з якого постійно виділявся водень, був замінений на титановий. Це дозволило знизити вміст водню в 150 разів і працювати без повторного завантаження іонів упродовж кількох днів.
Окрім удосконалення апаратної частини, NIST залучили до проєкту одну з найстабільніших лазерних систем у світі з лабораторії університету Колорадо. Лазерна стабільність виявилась настільки високою, що час для досягнення максимальної точності зменшився з кількох тижнів до півтора дня. Іншою складовою став частотний гребінь – своєрідна "лінійка" для світла – який дає змогу звіряти точність годинника з еталонними частотами.
Команда науковців NIST / Фото NIST
Новий іонний годинник NIST – важливий крок на шляху до змін у міжнародній системі одиниць: учені сподіваються, що такі пристрої дадуть змогу переглянути визначення секунди й відкриють нові можливості не лише для фізики, а й для нових технологій – зокрема, у сфері квантових досліджень, вимірювань геодезичних даних Землі та пошуку фундаментальних змін у законах природи, таких як можлива зміна фізичних констант із часом.
До речі, нещодавно вчені створили перший електронно-фотонний чип для масового виробництва, що інтегрує квантову фотоніку з класичною електронікою, дозволяючи стабілізувати квантове світло без великогабаритного обладнання.