Ученые создали самые точные атомные часы, которые помогут нам понять некоторые аспекты "работы" Вселенной - «Наука и технологии»

Группа исследователей из американского Национального института Стандартов и Технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST), возглавляемая Сарой Кэмпбелл (Sara Campbell), используя в своих интересах особенности и странности квантовой механики, создала новые атомные часы, которые являются самыми точными часами на сегодняшний день. В этих часах используется колебание атомов в трех измерениях, вызванное воздействием света лазера, а сами атомы расположены в упорядоченном трехмерном пространстве ловушки, структура которой напоминает модульный книжный шкаф. Появление новых часов позволит ученым провести некоторые ошеломляющие эксперименты и найти ответы на вопросы, касающиеся некоторых аспектов "работы" Вселенной.

Практически все атомные часы представляют собой группу атомов, цезия-133 обычно, которые колеблются особым образом под воздействием энергии падающего на них излучения. Энергия поглощенного фотона этого излучения переводит электроны атомов часов в более высокоэнергетическое состояние, через непродолжительный, но строго определенный промежуток времени электрон возвращается в исходное состояние, а излишек энергии выделяется в виде фотона излучаемого атомом света. Промежуток времени между поглощением фотона и излучением вторичного фотона как раз и является одним "тиком" атомных часов.

В первых вариантах атомных часов накачка атомов энергией производилась при помощи микроволнового электромагнитного излучения. Сейчас же ученые используют для этих целей лазерный свет видимого диапазона, параметрами которого можно управлять с большей легкостью и который обеспечивает более точный "ход" атомных часов. И, чем больше атомов заключено в ловушке атомных часов, тем более четкие сигналы ловят чувствительные датчики, обеспечивая более высокую точность отсчета промежутков времени.

Кроме этого, в более старых вариантах атомных часов использовались "энергетические" колебания атомов, которые происходили в одном измерении, в одной плоскости и в одном направлении. Но в часах, созданных учеными из NIST, используется более сложный вариант, их датчики регистрируют колебания атомов во всех трех пространственных измерениях, что позволяет увеличить соотношение сигнал/шум. В качестве рабочего тела новых атомных часов выступает разреженный "газ" из атомов стронция, охлажденный до температуры в -273 градуса Цельсия. Плотность этого газа составляет 10 триллионов атомов на кубический сантиметр, для справки, в предыдущем экспериментальном варианте этих часов плотность газа составляла 10 миллиардов атомов на кубический сантиметр.