Атомные часы – прибор, в котором в качестве «маятника» используются периоды изменения состояния атома. Этот прибор важен в определении положения космических аппаратов, самолётов, подводных лодок и автомобилей. На атомный стандарт равняются все телекоммуникационные компании, включая станции мобильной связи и службы точного времени.
До сих пор, начиная с 1967 года, все страны мира признают эталоном времени часы, работающие на атомах цезия-133. Их погрешность равна 1х10 в минус 16 степени, что соответствует накоплению ошибки в одну секунду за 300 миллионов лет (для сравнения, наручные механические часы накапливают погрешность в 20 лишних секунд в сутки).
Однако наука не стоит на месте, и во многих странах созданы, работают и только ждут своего часа для того, чтобы стать эталоном времени, оптические стронциевые часы, точность которых составляет уже 10 в минус 18 степени, что означает возможность отклонения от точного времени на одну секунду только через 30 миллиардов лет!
Однако и цезиевые, и оптические стронциевые атомные часы – это большие стационарные приборы, которые довольно сложно перемещать, измеряя при помощи них время. Поэтому ученые во всем мире стремятся к минимизации атомных хронометров.
Как сообщили в ФИАНе, сотрудникам их лаборатории удалось создать самые точные портативные часы на основе атомов редкоземельного металла тулия. Это основа их «часового механизма», доли секунды которого отмеряет частота квантового перехода электронов атома с одного атомного энергетического уровня на другой под воздействием лазера. Они уже превзошли точность цезиевых часов (10 в 16-й степени секунды), но в отличие от стационарных, оказались в 2 тысячи раз более устойчивы к воздействию внешних электромагнитных полей, которые нас окружают.
Компактность тулиевых часов, которые имеют размеры менее одного кубического метра (такое пространство может занять взрослый человек, сев на корточки), делает атомные устройства измерения времени легко транспортируемыми. Сегодня они превосходят аналоги, сделанные в Германии и США.
В институте уже начались эксперименты с портативными тулиевыми часами. Как сообщили в лаборатории, ближайшей задачей является проверка теории относительности Эйнштейна, приводящей к сдвигу частоты в зависимости от высоты. Согласно теории, часы отмеряют время с разной скоростью в зависимости от того, на какой высоте они находятся. Находясь вблизи сильных гравитационных сил, например, на Земле, их ход замедляется, а вдали от Земли – ускоряется.
Как пояснил директор ФИАНа Николай Колачевский, в будущем можно будет при помощи переносных точнейших оптическиех атомных часов обеспечивать синхронизацию для высокоскоростной передачи данных или попытаться определить наличие темной материи. «Ожидается, что на Земле, которая пролетает сквозь облако темной материи, часы могут немного изменить свой ход, – говорит Николай Колачевский. – Если это так, то тулиевые часы покажут отклонение». Кроме того, тулиевые часы помогут сделать более точными передачу сигналов в крупных навигационных системах (ГЛОНАСС) и синхронизировать квантовые компьютеры.
Обсудить