Точность научных инструментов напрямую определяет глубину понимания основ мироздания. При изучении квантовых явлений точность измерения совпадала с расчетами до 12 знака после запятой – такую точность обеспечивают современные атомные часы. Новая разработка ученых национального института стандартов и технологий США обеспечивает точность до 19-го знака после запятой, таким образом, значительно превосходит существующие решения по точности измерений.
Атомные часы на основе алюминия «тикают» с высокой частотой, при этом превосходят по стабильности популярные атомные часы на основе цезия. Однако работа с ионами алюминия требует решения проблем с их охлаждением, а также точного измерения, несмотря на в общем низкую чувствительность к внешним факторам.
Для «приручения» ионов алюминия и измерения их частоты исследователи разработали особую ионную ловушку. В финальной версии используется утолщенное алмазное основание и более толстые золотые электроды, которые минимизируют влияние паразитных электромагнитных полей.
Больше статей и видео в нашем Дзен-канале
Поскольку напрямую измерить частоту «тиканья» иона алюминия сложно, в ловушку был добавлен ион магния. Он использовался для охлаждения иона алюминия и служил зондом для считывания его характеристик. Оба иона взаимодействовали в ловушке и влияли друг на друга известным образом. Для считывания состояния иона магния использовалась квантово-логическая спектроскопия, а ион алюминия, который находился с ним в паре, продемонстрировал исключительную стабильность и точность «тиков».
Также новые часы позволяют измерять время намного быстрее, сократив интервал между измерениями с нескольких недель до полутора суток. Модернизированная установка смогла удерживать возбужденный ион на протяжении секунды.
Невиданная ранее точность и стабильность отсчета времени открывает новые возможности для фундаментальной физики. Это обеспечит углубленное изучение элементарных частиц, а также поиск нарушений в рамках современной Стандартной модели. Новые часы также будут полезны для развития квантовой логики, оценки эффективности квантовых архитектур и во многих других областях физики. Они позволят задавать Вселенной более точные вопросы и углубить понимание ее устройства.
