Физики из Японии создали очень точные атомные часы на основе химического элемента иттербия. Это устройство обладает высокой чувствительностью и может помочь ученым найти загадочную темную материю, а также проверить границы современных знаний об устройстве мира. Проектом руководил исследователь Таики Исияма из Киотского университета. В своей работе команда использовала редкий переход частиц внутри атома, который долгое время считался перспективным, но слишком сложным для точных измерений.
Специалисты считают, что их новый метод позволит провести самые строгие проверки так называемой Стандартной модели. Эта физическая теория объясняет 3 из 4 главных сил в природе: электромагнетизм, сильное и слабое взаимодействия. Как отмечают разработчики, «эти результаты открывают путь для различных новых экспериментов по поиску в физике и широкого спектра применений в квантовой науке с этим часовым переходом», сообщает издание Interesting Engineering.
Читайте также:
● Церемония схождения Благодатного огня в 2026 году под угрозой срыва
● Водителям грозят суровые штрафы при поездке на дачу в новом сезоне
Обычно атомные часы отсчитывают время, измеряя прыжки электронов между 2 уровнями энергии внутри атомов. Чаще всего для этого применяют цезий-133, который работает как очень стабильный природный маятник. Самые точные приборы удерживают атомы в специальной оптической решетке из света и тени, созданной с помощью пересекающихся лазеров. Они работают на огромных частотах, совершая сотни триллионов колебаний за 1 секунду. Некоторые из таких устройств настолько точны, что могут отстать менее чем на 1 секунду примерно за 30 000 000 000 лет.
Ученые давно предполагали, что смогут добиться еще большей чувствительности с помощью редкого типа перехода в атомах иттербия. Он происходит с участием электрона, который находится глубоко внутри атома. По словам команды, этот процесс можно измерять и контролировать с такой же точностью, как и в обычных часах. Высокая чувствительность позволяет замечать тонкие физические явления, например, следы темной материи или других неизвестных частиц. Хотя в теории этот переход идеально подходит для поиска недостатков в современной науке, на практике добиться нужной точности оставалось сложно. Исияма уточнил, что впервые команда наблюдала это явление в 2023 году, но тогда качество измерений было намного хуже, чем у современных оптических часов.
Ранние опыты команды страдали от низкой точности из-за помех от самих лучей, которые использовались для удержания атомов. Чтобы решить эту проблему, ученые применили метод волн особой длины, который поймал атомы иттербия в трехмерную решетку. Таким образом, им удалось убрать нежелательные изменения в уровнях энергии атомов. «Объединив это с высокостабилизированным лазером возбуждения, мы достигли узкой ширины спектральной линии в 80 герц, что примерно на 2 порядка лучше предыдущих результатов», — продолжил руководитель проекта.
Команда приблизила свою систему к точности самых передовых часов. Это позволило им провести ряд очень точных измерений и отследить, как меняется частота у разных форм атомов иттербия. Эти изменения были измерены с невероятной точностью — 1 часть на 1 000 000 000. Ученый подчеркнул, что «это мощный инструмент для поиска новой частицы, передающей взаимодействия между электронами и нейтронами за пределами Стандартной модели». В заключение он добавил: «Кроме того, наша работа прокладывает путь для часов на оптической решетке, сочетающих высокую точность измерений и высокую чувствительность к новым физическим явлениям».
Читайте также:
● Земле угрожает перенаселение: ученые назвали год, когда людей станет 12 млрд
● Испанский египтолог заявил, что пирамиды Гизы построила суперцивилизация
● Ученые заявили о происхождении человека от древнего одноглазого циклопа
● Исследователи раскрыли причину оледенения Земли длиной в 56 миллионов лет