Loading color scheme

Системная оценка атомных часов с общей погрешностью 2 х 10–18

Systematic evaluation of an atomic clock at 2 x10–18 total uncertainty. T.L. Nicholson, S.L. Campbell, R.B. Hutson, G.E. Marti, B.J. Bloom, R.L. McNally, W. Zhang, M.D. Barrett, M.S. Safronova, G.F. Strouse, W.L. Tew, J. Ye.  Nature Communications.  2015. No 6:6896 | DOI: 10.1038/ncomms7896.

Авторами была создана новая модификация атомных часов на основе стронция – JILA (Национальный институт стандартов и технологий университета шт. Колорадо (США)). Она позволяет добиться рекордной стабильности и точности: погрешность составляет лишь 1 сек в 15 млрд лет. Такая высокая точность хронометража имеет большое значение для современных средств связи, технологий позиционирования (GPS) и многих других технологий. Атомные часы используются в системах спутниковой и наземной телекоммуникации, в базовых станциях мобильной связи, а также международными и национальными бюро стандартов и службами точного времени. Помимо этого, такие часы могут быть использованы для разработки чувствительного высотомера, ориентированного на изменения силы тяжести с высотой, и для экспериментов, которые исследуют квантовые корреляции между атомами. Новые часы более чем в 3 раза превосходят по точности версию, разработанную в 2014 г. Точность означает, насколько «ход» часов соответствует истинной резонансной частоте, при которой атомы Sr колеблются между двумя энергетическими уровнями. Стабильность часов, то есть разница во времени, на которое каждый последующий «тик» отличается от предыдущего, также была улучшена почти на 50%. В часах JILA несколько тысяч атомов Sr располагаются в оптической ловушке в виде колонны размером 30 на 30 мкм в 400 похожих на блины фигурах. Оптическая ловушка создается при помощи мощных лазерных лучей. Авторы обнаружили колебания атомов Sr (430 трлн/сек) при нахождении в очень стабильном свете красного лазера на тех частотах, которые приводят к «переключениям» между энергетическими уровнями. Авторы провели усовершенствования предыдущей версии часов. Они смогли минимизировать ошибки измерения времени, связанные с тепловым воздействием окружающей среды. Дело в том, что электрическое поле, связанное с излучением абсолютно черного тела, изменяет реакцию атомов лазерного света, тем самым добавляя неконтролируемые неопределенности в измерения. Чтобы поддерживать необходимые температурные условия на одном уровне, физики откалибровали два платиновых термометра сопротивления, которые затем были установлены в вакуумной камере часов. Исследователи также сконструировали экран для защиты от радиации, который окружает атомную камеру. Он позволил часам работать при комнатной температуре, а не только в криогенных условиях, как это было раньше. Часы JILA достаточно хороши, чтобы измерять мельчайшие изменения в течение времени и силы тяжести на различных высотах. Эйнштейн предсказывал подобные эффекты в своей теории относительности, в частности то, что часы идут быстрее на более высоких отметках. Многие ученые уже продемонстрировали это, но с помощью менее чувствительных методов. Часы JILA позволяют измерять гравитационное смещение при изменении высоты всего на 2 см над поверхностью Земли. Авторы считают, что подобное устройство будет полезно и для релятивистской геодезии, основная идея которой – использование сети часов в качестве гравитационных датчиков, с помощью которых можно провести детальное трехмерное измерение формы Земли.

В.В. Стрекопытов