Исследователи из Университета науки и технологий Китая создали оптические часы с погрешностью менее пяти квинтиллионных. В ближайшие семь миллиардов лет часы потеряют или увеличат одну секунду. Таким образом, эти часы смогут отображать точное время на протяжении всей нашей жизни.
Оптические часы играют решающую роль в будущем, которое формируется сегодня. Ученые уверены, что смогут разработать более точные системы глобального позиционирования (GPS) и квантового распределения ключей с использованием оптических часов.
Исследовательские группы из Японии, США и Германии работают над разработкой атомных часов. Однако самые точные атомные часы находятся в Университете Колорадо в Боулдере (CU-Boulder). Однако благодаря своим недавним достижениям, Китай стал второй страной в мире, продемонстрировавшей точный хронометраж. Предположительно, эти часы должны быть более точными, чем американский аналог.
Секунда, которая может показаться небольшим тиканьем часов, определяется наукой, основанной на атомных часах, известных как микроволновые фонтанные часы. Часы выбрасывают вверх атомы цезия, которые под действием силы тяжести спускаются обратно к Земле, подобно тому, как вода течет в фонтане. Затем атомы приходят в движение за счет микроволновых импульсов, что заставляет электроны поглощать и выбрызгивать легкие частицы.
Каждый такой цикл представляет собой небольшой тик, составляющий доли секунды, что позволяет ученым поддерживать точность измерения времени до нескольких квадриллионных долей. Однако точность таких часов зависит от микроволновой частоты. Поэтому исследователи разрабатывают оптические часы, которые заменяют микроволновое излучение лазерным светом. По оценкам, это улучшит производительность часов на два порядка.
Для внедрения оптических цифровых часов нам необходимо, чтобы как минимум три лаборатории достигли стабильности ниже пяти квинтиллионных и неопределенности ниже двух квинтиллионных. Под руководством Пань Цзяньвэя китайская исследовательская группа использовала стронций для создания оптических часов.
Исследователи охладили атомы стронция до температуры в несколько микрокельвинов. Затем они заключили их в одномерную решетку, созданную с помощью пересекающихся лазерных лучей, а затем использовали сверхстабильный лазер, чтобы активировать атомы и добиться стабильного и точного тактового перехода.
Сравнение с другими независимыми часами показало, что оптические часы были стабильны до 2,2 квинтиллионных, тогда как их погрешность составляла 4,4 квинтиллионных. В журнале Metrologia исследователи заявили, что их оптические часы будут терять или увеличивать одну секунду за 7,2 миллиарда лет.
Это сводит усилия команды к минимальным критериям, необходимым для построения будущего, в котором для точного измерения времени будут использоваться оптические часы. Исследователи также планируют использовать другие атомы, такие как иттербий, для создания часов и сравнения различий в хронометраже. Также заявлено, что эта работа открыла новые способы проверки фундаментальных теорий физики и поиска гравитационных волн и темной материи, сообщает South China Morning Post.