Атомные часы — самый точный на сегодняшний день инструмент для измерения времени. В таком приборе ионы какого-либо металла помещены в специальную электромагнитную «ловушку». Под воздействием лазера они переходят из одного энергетического состояния в другое.
Один такой переход эквивалентен одной секунде. Для большинства атомных часов относительная погрешность составляет 10 в минус пятнадцатой степени. Это означает, что они начинают запаздывать или спешить на секунду лишь спустя миллионы лет.
Для создания сверхточных часов учёные используют лишь малочувствительные к возмущениям внешней среды атомы, например цезия. Именно атом цезия, вернее, его переход из одного энергетического состояния в другое, принят за стандарт секунды в атомных часах.
В новом исследовании американские физики взяли за основу прибора оптическую решётку из 1 тыс. атомов иттербия, охлаждённых почти до абсолютного нуля. Благодаря свойствам иттербия относительная погрешность атомных часов составила рекордные 1,4 × 10 в минус восемнадцатой степени. Если бы такие часы «завели» в момент Большого взрыва, 13,8 млрд лет назад, то они до сих пор бы работали с ничтожно малой погрешностью.
Также учёным удалось получить рекордные показатели по стабильности — это явление, при котором время переходов одинаково для всех атомов. Стабильность, в частности, определяет, как долго нужно работать часам, чтобы время перехода всех отдельных атомов синхронизировалось. У некоторых атомных часов на это уходят сутки. Часы на основе иттербия достигают стабильности менее чем за секунду.
«Сейчас стандартом секунды является атом цезия. Атом иттербия входит в число потенциальных кандидатов на новую международную единицу измерения времени. Результаты нашей работы соответствуют требованиям научного сообщества по созданию часов, работающих точнее текущих цезиевых», — сообщили авторы исследования.
Учёные намерены использовать усовершенствованный прибор для проверки общей теории относительности, а также поиска гравитационных волн и следов тёмной материи.
Так, согласно теории Эйнштейна, частота переходов в атомных часах падает под воздействием сильной гравитации. «Аномалии» в работе прибора помогут, по словам физиков, найти гравитационные волны.
Крайне важно, что благодаря достигнутой точности атомные часы помогут учёным справиться с одной из самых актуальных проблем астрофизики — поиском следов тёмной материи.
Дело в том, что когда частицы этой невидимой субстанции пролетают через какую-либо
часть Земли, то течение времени там замедляется.
Новый прибор на основе иттербия позволяет найти доказательства существования тёмной материи.
(Russia Today-https://russian.rt.com/science/article/577473-atomnye-chasy-temnaya-materiya)
