Науковці створили найточніший в історії пристрій для вимірювання часу

Дослідники Національного інституту стандартів і технологій (NIST) США встановили новий рекорд у світі атомних годинників. Їхній алюмінієвий іонний годинник демонструє точність, яка дозволяє фіксувати час із похибкою у 19 знаків після коми, інформує 24 Канал.

Це означає, що пристрій здатен вимірювати секунди з такою малою невизначеністю, якої раніше не вдавалося досягти жодному іншому годиннику.

У чому секрет цієї технології?

Головною особливістю стало використання іона алюмінію, який має надзвичайно стабільну і часту "вібрацію", що використовується для встановлення стандарта часу. Проте цей іон складно охолодити й контролювати лазером.

Щоб подолати цю перешкоду, фізики використали підхід "квантової логіки": алюмінієвий іон об’єднали з іоном магнію, який легше керувати лазером. Магній виконує роль "охолоджувача" й допомагає зчитувати стан алюмінію, збільшуючи точність вимірювання.

Особливу увагу вчені приділили дизайну пастки, де утримують іони: посилили електроди товстішим шаром золота та замінили підкладку на товстішу діамантову пластину. Так вдалося зменшити надлишковий рух іонів (мікропідрухи), які погіршували точність годинника.

Ще один крок – модернізація вакуумної камери: сталевий корпус, з якого постійно виділявся водень, був замінений на титановий. Це дозволило знизити вміст водню в 150 разів і працювати без повторного завантаження іонів упродовж кількох днів.

Окрім удосконалення апаратної частини, NIST залучили до проєкту одну з найстабільніших лазерних систем у світі з лабораторії університету Колорадо. Лазерна стабільність виявилась настільки високою, що час для досягнення максимальної точності зменшився з кількох тижнів до півтора дня. Іншою складовою став частотний гребінь – своєрідна "лінійка" для світла – який дає змогу звіряти точність годинника з еталонними частотами.

Команда науковців NIST / Фото NIST

Новий іонний годинник NIST – важливий крок на шляху до змін у міжнародній системі одиниць: учені сподіваються, що такі пристрої дадуть змогу переглянути визначення секунди й відкриють нові можливості не лише для фізики, а й для нових технологій – зокрема, у сфері квантових досліджень, вимірювань геодезичних даних Землі та пошуку фундаментальних змін у законах природи, таких як можлива зміна фізичних констант із часом.

До речі, нещодавно вчені створили перший електронно-фотонний чип для масового виробництва, що інтегрує квантову фотоніку з класичною електронікою, дозволяючи стабілізувати квантове світло без великогабаритного обладнання.