В современных атомных часах лазеры удерживают атомы на весу и замедляют их движение, так что они охлаждаются до температуры, близкой к абсолютному нулю. Также излучение лазеров заставляет электроны атомов переходить между энергетическими уровнями. В основе работы часов лежит регистрация этих переходов, их точность зависит от того, насколько точно удается измерить частоту переходов.
Второе ключевое качество атомных часов — стабильность. Она определяется тем, насколько совпадают промежутки времени между самими переходами. Стабильность, в частности, определяет, как долго нужно работать часам, чтобы достичь нужной точности.
В начале прошлого года группа физиков под руководством Чуна Йе (Jun Ye) из Национального института стандартов и технологий США в Боулдере представила миру новую модель атомных часов, которые начнут запаздывать или спешить на одну секунду лишь через 5 миллиардов лет после их запуска, что стало новым абсолютным рекордом точности.
Как отмечали сами исследователи в момент презентации этих часов, данная разработка была лишь пробной и промежуточной версией, работу которой можно было и нужно было улучшить.
Им удалось утроить точность часов и улучшить их стабильность на 50% благодаря двум модификациям – улучшенному набору лазерных ловушек и особому сверхчувствительному термометру, который помогал ученым учитывать влияние температуры среды на поведение атомов.
Эти термометры и специальные щиты, защищающие «часы» от космических лучей и всех форм радиации, позволяют им работать не только при температурах, близких к абсолютному нулю, но и в комнатных условиях, что упрощает их эксплуатацию и убирает некоторые виды помех.
Столь высокая точность и чувствительность этих стронциевых часов позволяет использовать их для крайне необычных исследований, вроде наблюдений за тем, как гравитация влияет на течение времени на разных высотах — по теории относительности Эйштейна, атомные часы будут «тикать» быстрее в горах, чем на равнинах.
Данный эффект, по словам Йе, будет уже заметен, если поднять созданные его группой часы на высоту всего в два сантиметра. Как отмечает физик, это свойство атомных часов можно использовать для составления точнейшей трехмерной карты Земли и ряда других необычных исследований.
