Новый рекорд стабильности был поставлен двумя атомными часами, работающими на основе атомов иттербия. Часы проходят испытания в Национальном институте стандартов и технологии – главном метрологическом учреждении США. Стабильность часов – это мера того, насколько точно продолжительность одного такта совпадает с продолжительностью другого. Для часов из иттербия эта величина составила 1 часть на 1018. Иными словами, если бы эти часы работали с начала Большого Взрыва, они отстали бы всего на одну секунду. Это в десять раз превосходит рекорды точности других атомных часов.

Часы на основе иттербия состоят из примерно 10000 атомов этого редкоземельного металла, охлажденных до 10 микрокельвинов (10-6 К) – это всего на десять миллионных градуса выше абсолютного нуля. Атомы «пойманы» лучом лазера в оптическую решетку. Другой лазер, «тикающий» 518 триллионов раз в секунду, возбуждает атомы, переводя их с одного энергетического состояния в другое (о преимуществах лазеров над ультракороткими волнами в атомных часах мы недавно писали).

Высокая стабильность обеспечивается за счет большого количества атомов. Кроме того, ученые НИСТа разработали лазеры, работающие с минимальным «шумом» (нестабильностью световой волны) и придумали, как свести к минимуму столкновения между атомами, расстраивающие систему.

Для проверки эффективности такты любых атомных часов необходимо усреднить. Еще одно преимущество иттербиевых часов – это можно сделать очень быстро. Атомным часам на основе цезия (именно по ним высчитывается эталон секунды в Международной системе единиц) для усреднения требуется 400000 секунд (примерно пять дней), новым часам – не более секунды.

Разработка НИСТа важна не только для метрологии: улучшится работа датчиков, измеряющих силы, которые влияют на скорость часов (магнитные поля, гравитация, температура). Такие часы, например, позволят GPS-устройствам определять местоположение с точностью до нескольких сантиметров.

Наконец, сверхточное измерение времени может пролить свет на некоторые основополагающие вопросы физики. Ученые хотят проверить, с помощью лабораторных экспериментов, на самом ли деле фундаментальные физические постоянные (отношение массы протона к массе электрона, скорость света в вакууме) являются постоянными? Сверхточные атомные часы позволят провести такие эксперименты.

http://nauka21vek.ru