Ученые Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) и Российского квантового центра впервые в мире провели сличение двух оптических часов на атомах тулия (Tm). Достигнутое физиками рекордное для этой системы значение относительной погрешности измерения частоты энергетических атомных переходов 10-16 означает, что, если бы эти часы работали 14 миллиардов лет (возраст Вселенной), они бы разошлись в показаниях менее чем на 43 секунды.
Атомные часы - сложнейший инструмент для измерения времени. Принцип их работы основывается на использовании в качестве эталона частоты разницы энергий атомных уровней. Ученые добиваются, чтобы частоты этих переходов не зависели от внешних условий - температуры, давления, влажности, но измерение их параметров - непростая задача. Для улавливания атомов, изоляции их от посторонних воздействий и детектирования сигнала физики создают и используют комплексные системы с лазерами, вакуумом, глубоким охлаждением, хитроумными системами стабилизации частоты атомных переходов.
Зачем нужна такая точность? За разъяснениями корреспондент «Поиска» обратился к директору ФИАН академику Николаю КОЛАЧЕВСКОМУ.
– Работы, заложившие ключевые физические основы квантовой метрологии, начали в ФИАН коллективы под руководством Николая Геннадиевича Басова и Владилена Степановича Летохова, - рассказывает Н. Колачевский. - Их цель в 1960-х годах была сугубо фундаментальной - проверить незыблемость физических констант и Общую теорию относительности Эйнштейна, опытным путем доказать, что гравитация «искривляет» время. Для этого требовалось замедлить атомы. Басов и Летохов первыми предложили и теоретически обосновали метод лазерного охлаждения атомов и ионов. Без этой революционной работы современные оптические часы и многие направления квантовой физики были бы невозможны. Позже огромная практическая польза этих идей проявилась в ходе развития спутниковой связи, Интернета и мобильных технологий.
Сегодня безупречная синхронизация процессов, основой которой служат сверхточные измерители времени, критична для многих областей нашей жизни. Достижения квантовой метрологии неустанно работают на человечество в незаметном, «фоновом», режиме.
В навигации (GPS/ГЛОНАСС) точность позиционирования до сантиметров требует синхронизации спутниковых сигналов с погрешностью в миллиардные доли секунды. Финансовые операции должны иметь точную временную метку, пакеты данных и банковские транзакции - прибывать в строгом порядке, а электростанции, объединенные в энергосеть - работать в унисон. И атомные часы обеспечивают эту глобальную временную координацию, предотвращая хаос в цифровой инфраструктуре.
Подробности – в репортаже Надежды Волчковой «Секунда с точностью до атома» в очередном номере газеты «Поиск».
