HAYINFO Физики создали самые точные атомные часы

08.02.10
13:57

Физики создали самые точные атомные часы

Сконструированные физиками из Национального института стандартов и технологий (США) оптические атомные часы накапливают ошибку в одну секунду более чем за 3,7 млрд лет. Нынешний американский эталон частоты и времени — цезиевые часы NIST-F1 — ошибается на секунду «всего» за 100 млн лет, пишет «Компьюлента».

Столь значительное улучшение характеристик объясняется использованием иона алюминия 27Al+, у которого интересующий ученых переход 1S0 — 3Р0 совершается на частоте в 1,121 ПГц. Соответствующая частота в случае цезия равняется лишь 9,2 ГГц — а значит, такие часы делят секунду на меньшее число частей и обеспечивают меньшую точность.

Новое устройство стало вторым в серии так называемых часов с квантовой логикой. В первом варианте, представленном в 2008 году, также использовался ион алюминия, который исследователи располагали в электромагнитной ловушке на расстоянии четырех тысячных долей миллиметра от иона 9Ве+, испускающего фотоны в условиях эксперимента. Под действием лазерного излучения с частотой, соответствующей частоте перехода, ион Al+ «перепрыгивает» в новое энергетическое состояние («1»), однако при недостаточном согласовании параметров излучения его состояние («0») не изменяется. В последнем случае при использовании дополнительных лазерных импульсов можно добиться того, что испускание бериллием фотонов прекратится; регистрируя это событие, ученые определяют, что ион алюминия остался в состоянии «0». Если же подача дополнительных импульсов не останавливает излучение, определяется состояние «1».

Суть эксперимента сводится к точной подстройке частоты лазера, воздействие которого вызывает переход «0» — «1». Ее измерение выполняется по методу «гребенки частот».

В обсуждаемом варианте этих часов бериллий заменен ионом 25Mg+, который в большей степени соответствует алюминию по массе. Физики 56 раз сравнили два созданных ими устройства, варьируя длительность периода сравнения от 15 минут до 3 часов, и выяснили, что они «тикают» практически с одинаковой частотой, однако новый вариант более чем вдвое превосходит старый по точности.

Такие часы уже сейчас применяются для оценки возможных изменений некоторых фундаментальных физических констант (к примеру, постоянной тонкой структуры).

Кстати, первые механические часы с анкерным механизмом были изготовлены в Китае в 725 г. н.э. И Сином и Лян Линцзанем.

Самые древние сохранившиеся в мире часы без циферблата датируются 1386 г., или несколько ранее, и до сих пор продолжают работать. Они находятся на соборе в Солсбери, Великобритания. В 1956 г. их отреставрировали. К тому времени они в течение 498 лет служили горожанам и «протикали» более 500 млн раз.

Крупнейшие в мире – это астрономические часы в соборе Св. Петра, Бове, Франция, сооруженные в 1865…1868 гг., состоят из 90 тыс. деталей, их высота – 12,1 м, ширина – 6,09 м, глубина – 2,7 м.

Самые точные механические часы в мире изготовлены для ратуши Копенгагена, Дания, в декабре 1955 г. и называются «Ольсен». На их производство потребовалось более 14 тыс. деталей и 10 лет. Детали часов работают в 570 тыс. различных режимов. Например, полный круг движения полюса мира завершится лишь через 25753 лет. Таким образом, этот механизм самый медленный в мире. Погрешность его хода – 0,5 с за 300 лет, что в 50 раз точнее предыдущего рекорда.