Новые атомные часы на базе трехмерной оптической решетки будут обладать высочайшей точностью и стабильностью - «Наука и технологии»

Существующие сейчас технологии построения атомных часов на основе оптической решетки из атомов стронция позволяют производит одновременный "опрос" миллионов атомов, что обеспечивает им спектроскопическую добротность (показатель качества работы) на уровне 1*10^4. Взаимодействия между отдельными атомами оптической решетки вынуждают разработчиков атомных часов идти на компромисс между стабильностью, которая является следствием использования большого количества атомов, и точностью, которая зависит от неравномерности плотности распределения атомов решетки. А недавно группа исследователей нашла возможность решения проблемы повышения качества работы оптических атомных часов. Использование так называемого газа Ферми, находящегося в вырожденном квантовом состоянии, и света сверхстабильного лазера позволит поднять показатель добротности до фантастически высокого уровня в 5.2*10^15.

Работа, проведенная исследованиями, является одним из предпоследних шагов, который приблизит оптические атомные стронциевые часы к максимально возможному теоретическому пределу их точности и стабильности. При этом, уникальная методика "чтения" состояния всех атомов в оптической решетке позволит "опрашивать" всю оптическую решетку за время, не превышающее 100 секунд.

Газ Ферми представляет собой набор атомов стронция, охлажденных до сверхнизкой температуру и "вмороженных" в узлы трехмерной кубической решетки. При этом, в качестве основы решетки может выступать оптическая ловушка, электромагнитная ловушка или объем специального прозрачного материала. В вырожденное квантовое состояние такой газ переводится при помощи лазерного света и пребывание атомов в таком состоянии позволяет уменьшить величину их нежелательных взаимодействий.

Оптические атомные часы на основе вырожденного квантового состояния представляют собой многообещающий инструмент для изучения физики взаимодействий, в которых принимает участие несколько тел различного масштабного уровня. К сожалению, данные исследования являются теоретическими в большей своей части, практическая же реализация оптических атомных часов на базе газа Ферми еще невозможна в силу нескольких неразрешенных на сегодняшний день проблем технического и технологического плана.