Как создать самые точные часы?

Мир, в котором мы живем, движется все быстрее и быстрее. Скорости, которые сейчас стали привычными, были недоступны еще десять лет назад. Взять, хотя бы, ту же скорость интернет-подключения - стандартные опции давно вышли за пределы десятков мегабит в секунду, а это значит, что нам нужны все более точные стандарты измерения времени. Сейчас коллаборация европейских лабораторий как раз и работает над одним из вариантов решения этой проблемы.

Цезиевые атомные часы.

Цезиевые атомные часы, созданные в 1955 году. Science Museum/ Science & Society Picture Library

С 1955 года невиданную ранее точность измерения времени позволили получить цезиевые атомные часы, которые использовали один из переходов между энергетическими уровнями атомов цезия, совершавшийся ровно 9 192 631 770 раз в секунду (подробный механизм их работы показан ниже)! Именно такое определение секунды было официально принято в 1967 году для международной системы единиц СИ (наверняка вы слышали про нее еще в школе!) и существует до сих пор.

Анимация, демонстрирующая работу атомных часов.

Анимация, демонстрирующая работу атомных часов. Источник: http://kids.britannica.com/clockworks/atomic.html

Но прогресс не стоит на месте! В шестидесятую годовщину создания цезиевых часов, ученые предложили ввести новый стандарт частоты (а, значит, и времени), основанный на более высокочастотных переходах в атомах стронция или иттербия, - оптические атомные часы. Утверждается, что лучшие из этих часов отстают (или спешат) на одну секунду раз в  10^{18} лет (что превышает возраст Вселенной!), и это делает их точнее цезиевых аналогов почти в 100 раз.

Оптические атомные часы.

Оптические атомные часы. National Physics Laboratory

Но как проверить точность этих часов? С чем их сравнивать? Конечно же, только друг с другом! Для этого, начиная с 4 июня, четыре европейских лаборатории из Великобритании, Франции, Германии и Италии запустили совместный проект, который должен сравнить несколько экспериментальных установок оптических атомных часов, существующих в этих лабораториях.

В качестве пробного теста каждая лаборатория передаст сгенерированный оптический сигнал от часов к спутнику-ретранслятору, который перенаправит сигнал к остальным лабораториям.  Это позволит сравнить частоты всех часов и выяснить, могут ли они держать общий ритм. Однако, этот способ проверки не сможет показать превосходство оптических атомных часов над цезиевыми, т.к. для передачи на спутник оптическое излучение все равно конвертируется в микроволновое. Поэтому, следующим этапом будет передача оптических сигналов по оптоволокну, проложенному между лабораториями.

Промышленно изготовляемая версия атомных часов.

Промышленно изготовляемая версия атомных часов.

Подробнее можно почитать здесь: http://www.nature.com/news/hyper-precise-atomic-clocks-face-off-to-redefine-time-1.17689

P.S. За другими интереснейшими новостями заглядывайте в наше сообщество!

Комментарии: