Исследователи Национального института стандартов и технологий (NIST) США установили новый рекорд в мире атомных часов. Их алюминиевые ионные часы демонстрируют точность, которая позволяет фиксировать время с погрешностью в 19 знаков после запятой, информирует 24 Канал.
Смотрите также Устройство размером с волос помогло объяснить происхождение энергии Вселенной
Это означает, что устройство способно измерять секунды с такой малой неопределенностью, которой ранее не удавалось достичь ни одним другим часам.
В чем секрет этой технологии?
Главной особенностью стало использование иона алюминия, который имеет чрезвычайно стабильную и частую "вибрацию", что используется для установления стандарта времени. Однако этот ион сложно охладить и контролировать лазером.
Чтобы преодолеть это препятствие, физики использовали подход "квантовой логики": алюминиевый ион объединили с ионом магния, который легче управлять лазером. Магний выполняет роль "охладителя" и помогает считывать состояние алюминия, увеличивая точность измерения.
Особое внимание ученые уделили дизайну ловушки, где удерживают ионы: усилили электроды толстым слоем золота и заменили подложку на более толстую бриллиантовую пластину. Так удалось уменьшить избыточное движение ионов (микроподвижки), которые ухудшали точность часов.
Еще один шаг – модернизация вакуумной камеры: стальной корпус, из которого постоянно выделялся водород, был заменен на титановый. Это позволило снизить содержание водорода в 150 раз и работать без повторной загрузки ионов в течение нескольких дней.
Кроме усовершенствования аппаратной части, NIST привлекли к проекту одну из самых стабильных лазерных систем в мире из лаборатории университета Колорадо. Лазерная стабильность оказалась настолько высокой, что время для достижения максимальной точности уменьшилось с нескольких недель до полутора дней. Другой составляющей стал частотный гребень – своеобразная "линейка" для света – который позволяет сверять точность часов с эталонными частотами.
Команда ученых NIST / Фото NIST
Новые ионные часы NIST – важный шаг на пути к изменениям в международной системе единиц: ученые надеются, что такие устройства позволят пересмотреть определение секунды и откроют новые возможности не только для физики, но и для новых технологий – в частности, в сфере квантовых исследований, измерений геодезических данных Земли и поиска фундаментальных изменений в законах природы, таких как возможное изменение физических констант со временем.
Кстати, недавно ученые создали первый электронно-фотонный чип для массового производства, интегрирующий квантовую фотонику с классической электроникой, позволяя стабилизировать квантовый свет без крупногабаритного оборудования.