Мейсон Маршалл, Дэвид Хьюм, Уилла Артур-Дворшак и Даниэль Родригес Кастильо стоят перед часами на захвате ионов алюминия в NIST
Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) усовершенствовали свои атомные часы, основанные на захвате ионов алюминия. Они принадлежат к самому новому поколению оптических атомных часов, и способны вести отсчёт времени с точностью до 19 знаков после запятой.
Оптические часы обычно оценивают по двум параметрам — точности (насколько близко часы подходят к измерению идеального «истинного» времени, что также известно как систематическая погрешность) и стабильности (насколько эффективно часы могут измерять время, что связано со статистической погрешностью). Новый рекорд точности стал результатом 20 лет непрерывного совершенствования часов на алюминиевых ионах. Помимо лучшей в мире точности, на 41% превышающей предыдущий рекорд, эти новые часы в 2,6 раза стабильнее, чем любые другие ионные часы. Достижение этих показателей потребовало тщательного совершенствования каждого аспекта часов, от лазера до ловушки и вакуумной камеры.
«Работать над самыми точными часами в истории — это очень увлекательно», — говорит Мейсон Маршалл, научный сотрудник NIST и первый автор статьи. «В NIST мы можем реализовать эти долгосрочные планы в области точных измерений, которые могут расширить область физики и наше понимание окружающего мира».
Ионная ловушка
Ион алюминия представляет собой исключительно хорошие часы с чрезвычайно устойчивой и высокочастотной частотой «тиканья». По словам Дэвида Хьюма, физика из NIST, возглавляющего проект по созданию часов с ионами алюминия, их тиканье более стабильно, чем тиканье цезия, которое в настоящее время используется для определения длительности секунды. Кроме того, ион алюминия не так чувствителен к некоторым условиям окружающей среды, таким как температура и магнитные поля.
Но ион алюминия довольно капризен, объясняет Маршалл. Алюминий трудно исследовать и охлаждать лазерами, что необходимо для атомных часов. Поэтому исследовательская группа объединила ион алюминия с магнием. Магний не тикает так точно, как алюминий, но им можно легко управлять с помощью лазеров. «Такое „содружество“ для ионов называется квантовой логической спектроскопией», — говорит Уилла Артур-Дворшак, аспирантка проекта. Ион магния охлаждает ион алюминия, замедляя его движение. Он также движется в тандеме со своим алюминиевым партнёром, и состояние часов можно считывать по движению иона магния, что делает эти часы «часами с квантовой логикой». По словам Даниэля Родригеса Кастильо, аспиранта, также участвовавшего в проекте, даже при такой координации всё ещё остаётся множество физических эффектов, с которыми необходимо считаться.
«Это большая и сложная задача, потому что каждая деталь конструкции часов влияет на их работу», — говорит Родригес Кастильо.
Источник: habr.com
