Специалисты Университета Висконсин-Мэдисон создали атомные часы на оптической решётке, которые могут измерять время с точностью, эквивалентной потере всего одной секунды за каждые 300 миллиардов лет.

Атомные часы отслеживают резонанс частот атомов, обычно атомов цезия или рубидия. Это позволяет таким часам измерять время с огромной точностью. Новые часы отличаются более совершенной конструкцией: они используют сразу шесть атомов стронция, совмещённых в единый «часовой механизм». Возможность сравнивать колебания этих атомов обеспечила рекордную точность измерения времени.

Часы на оптической решётке уже являются лучшими часами в мире, мы получаем такой уровень производительности, которого никто раньше не видел. Мы работаем как над улучшением их производительности, так и над разработкой новых приложений, которые станут возможными благодаря этой улучшенной производительности.
Шимон Колковиц
профессор физики Университета Висконсин-Мэдисон и старший автор исследования

Как говорит Колковиц, в устройстве используется «относительно паршивый лазер». Впрочем, он все же смог обеспечить уровень точности измерений, близкий к мировому рекорду: как только исследователи посветили этим лазером только на одни часы, тот возбудил электроны в том же количестве атомов всего за одну десятую секунды.

Когда учёные одновременно посветили лазером на двое часов в камере и сравнили их, количество атомов с возбужденными электронами оставалось одинаковым между двумя часами до 26 секунд. Это значит, что физики могут проводить значимые эксперименты гораздо дольше, чем позволял лазер в обычных оптических часах.

Обычно наш лазер ограничивал бы производительность этих часов, но поскольку они находятся в одной и той же среде и испытывают одинаковый лазерный свет, эффект лазера полностью исчезает.
Шимон Колковиц
профессор физики Университета Висконсин-Мэдисон и старший автор исследования

Исследователи также более тысячи раз измерили разницу во времени между часами. Две группы атомов, которые находятся в немного разных средах, будут двигаться с немного разной скоростью, в зависимости от гравитации, магнитных полей или других условий. Как и ожидалось, поскольку часы находились в двух немного разных местах, их тиканье немного отличалось. Так же было с каждой парой из шести мультиплексированных часов в цикле.

Новые атомные часы помогут в поисках тёмной материи и гравитационных волн, поскольку такая точность позволит выявлять мельчайшие изменения гравитационного поля, на которое должна влиять темная материя.