Новые сверхточные атомные часы предназначены для исследований, лежащих в совершенно новых областях физики

Ученые-физики из университета Висконсина в Мэдисоне (University of Wisconsin-Madison), создали то, что можно назвать самыми точными и самыми высокопроизводительными атомными часами на сегодняшний день. Созданный ими инструмент базируется на технологии атомных часов на оптической решетке, он может измерять временные промежутки с точностью, которая соответствует погрешности в одну секунду за 300 миллиардов лет. И столь высокая точность часов позволит реализовать новые методы детектирования гравитационных волн, поиски темной материи и исследования, лежащие в областях за границами известной фундаментальной физики.

Оптические атомные часы работают за счет явления поглощения и излучения фотона света электроном при изменении его энергетического уровня. Обычно в таких часах для возбуждения электронов используется специальный высокостабильный лазер, что значительно усложняет конструкцию часов. В новых же часах используется весьма посредственный лазер, характеристики стабильности которого не дотягивают даже до средней планки, но который достаточно компактен и имеет относительно небольшую стоимость.

Высокая точность новых часов при условии использования низкокачественного лазера возникает из-за того, что все атомы стронция, пойманные в оптической ловушке в вакуумной камере, разделены на несколько групп, являющихся отдельными независимыми часами, расположенными на одной линии. Из-за такого расположения время надежного возбуждения электронов всех атомов светом лазера увеличилось до одной десятой секунды, но после этого все шесть независимых часов работают абсолютно синхронно на протяжении 26 секунд, времени, достаточном для проведения практически любых экспериментов.

Затем ученые провели эксперименты, целью которых было обнаружение даже самых малых различий между работой отдельных часов. В одинаковых условиях разница не была обнаружена, но когда разные группы атомов были помещены в несколько отличающиеся условия окружающей среды, то разница между "ходом" отдельных часов была выявлена, а повторение эксперимента 1000 раз позволило измерить эту разницу с достаточной точностью.

В конце концов, после совершенствования некоторых узлов и механизмов новых часов, точность измерения разницы стала эквивалентна 1 секунде за 300 миллиардов лет, что является новым мировым рекордом в этой области.

Возможность измерения разницы хода любой пары из шести отдельных часов в новых мультиплексированных часах открывает целый ряд перспектив для их дальнейшего использования. "Если через эти часы пройдет скопление темной материи, к примеру, то мы сразу увидим это по появлению разницы между ходом отдельных часов" - пишут исследователи, - "Это совершенно новый тип эксперимента, проведение которого стало возможным сейчас, и провести который было практически невозможно при помощи любых других атомных часов и экспериментальных систем".