Дослідники з Університету науки і техніки Китаю стверджують, що створили оптичний годинник зі стабільністю і похибкою менш ніж п’ять квінтильйонних часток. Годинник буде програвати або вигравати одну секунду протягом наступних семи мільярдів років. Таким чином, він, ймовірно, показуватиме точний час протягом усього нашого життя.
Оптичний годинник відіграє вирішальну роль у майбутньому, яке формується вже сьогодні. Вчені впевнені, що зможуть розробити точніші системи глобального позиціонування (GPS) і квантового розподілу ключів, використовуючи оптичні годинники.
Дослідницькі групи з Японії, США та Німеччини працюють над створенням атомних годинників. Однак найточніший атомний годинник знаходиться в Університеті Колорадо в Боулдері і є стабільним у своїй роботі. Завдяки своєму нещодавньому досягненню Китай став другою країною у світі, яка продемонструвала точний хронометраж. Однак годинник має бути точнішим за американський аналог.
Секунда, яка може здатися маленьким цоканням годинника, визначається наукою на основі атомного годинника, відомого як мікрохвильовий фонтанний годинник. Годинник випускає вгору атоми цезію, які падають назад до Землі під дією сили тяжіння, подібно до того, як тече вода у фонтані. Потім атоми збуджуються мікрохвильовими імпульсами, що змушує електрони поглинати та випромінювати світлові частинки і переходити на різні енергетичні рівні.
Кожен такий цикл – це невеликий тік, який становить долі секунди, що дозволяє вченим підтримувати точність відліку часу аж до кількох квадрильйонних часток. Однак точність такого годинника залежить від частоти мікрохвиль. Тому дослідники розробляють оптичний годинник, який замінює мікрохвилі лазерним світлом. За оцінками, це покращує роботу годинника на два порядки.
Для досягнення стабільності нижче п’яти квінтильйонних часток і невизначеності нижче двох квінтильйонних часток для впровадження оптичних цифрових годинників нам потрібно щонайменше три лабораторії. Під керівництвом Пан Цзяньвея китайська дослідницька група використала стронцій для створення свого оптичного годинника.
Дослідники охолодили атоми стронцію до температури в кілька мікрокельвінів. Потім вони помістили їх в одновимірну решітку, створену за допомогою перехресних лазерних променів. Потім вони використали надстабільний лазер, щоб запустити атоми і забезпечити стабільний і точний перехід годинника.
Порівняння з іншими незалежними годинниками підтвердило, що оптичний годинник був стабільним до 2,2 квінтильйонної частки, тоді як його невизначеність становила 4,4 квінтильйонної частки. У науковому журналі Metrologia дослідники заявили, що їхній оптичний годинник буде відставати або вигравати одну секунду за 7,2 млрд років.
Це ставить зусилля команди в рамки мінімальних критеріїв, необхідних для побудови майбутнього, яке використовує оптичні годинники для точного відліку часу. Дослідники також планують використовувати інші атоми, такі як ітербій, для створення годинника і порівняти відмінності у відліку часу.
Дослідники також заявили, що їхня робота відкрила нові шляхи для перевірки фундаментальних теорій у фізиці та пошуку гравітаційних хвиль і темної матерії, повідомляє South China Morning Post.
Читайте також:
Leave a Reply