Оптические часы нового поколения способны повысить точность измерений времени настолько, что помогут исследователям обнаружить темную материю и изучить особенности земного гравитационного поля.
Группа китайских специалистов из Университета науки и технологий Китая разработала уникальные часы на основе стронциевой оптической решетки. Их точность поражает воображение: погрешность составляет всего одну секунду за 30 миллиардов лет! Для сравнения: этот срок вдвое больше возраста нашей Вселенной.
Исторически понятие секунды было привязано к астрономическим наблюдениям — изначально оно означало долю солнечного дня, равную одной 86 400-й части суток. Но вращение планеты постоянно меняется, следовательно, такая единица измерения становится ненадежной для современных нужд науки и промышленности.
Атомные часы произвели революцию, позволив определить секунду иначе. Теперь это точное количество колебательных циклов атома цезия-133 — именно столько длится стандартная секунда согласно международной системе единиц SI с 1967 года.
Однако прогресс не стоит на месте. Современные технологии позволяют достичь гораздо большей точности. Например, атомы стронция генерируют частоту в диапазоне видимого спектра — около 700 квадриллионов периодов колебаний в секунду против девяти миллиардов у цезия. Именно поэтому оптические часы обещают обеспечить небывалую ранее точность измерений вплоть до миллиардных долей секунды!
Недавно ученые опубликовали статью в авторитетном научном издании Metrologia, где рассказали о своем достижении в области повышения точности оптических часов на основе стронция.
Для внесения официальных поправок в международное определение секунды необходимо соблюдение нескольких критериев. Прежде всего, несколько независимых лабораторий должны иметь хотя бы три устройства подобного типа, работающих по единому принципу и демонстрирующих сопоставимую точность и надежность.
Уже проверены две модели стронциевых часов и пара устройств на алюминиевых ионах. По мере появления новых аналогичных приборов вполне возможно утверждение новой версии определения секунды уже в ближайшее десятилетие.
Окончательное решение принимается международным органом — Генеральной конференцией мер и весов (CGPM). Следующее заседание запланировано на 2030 год, где исследователи планируют предложить новую версию единицы времени.
Таким образом, мы стоим на пороге фундаментального изменения нашего представления о секунде благодаря достижениям современной физики.