Созданы оптические часы, способные отсчитывать время с точностью 270 квадриллионных долей секунды - «Наука и технологии»

Исследователи из Школы технических и прикладных наук Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе создали новые оптические часы, занимающие объем менее одного кубического сантиметра. Размер нового устройства достаточно мал для того, чтобы на его можно было интегрировать на кристалл обычного кремниевого чипа. Но и это является не самым главным, данные часы позволяют измерять длительность временных интервалов с беспрецедентной на сегодняшний день точностью в 270 квадриллионных долей секунды (десять в минус восемнадцатой степени секунды).

Нынешние самые точные часы, атомные часы используются для того, чтобы держать сигналы точного времени, на базе которых функционирую системы спутниковой навигации, время Интернета и т.п. Метки времени от атомных часов используются учеными в различных экспериментах для измерения промежутков времени, а астрономы, используя эти сигналы времени, вычисляют динамику движения далеких космических тел. Однако, несмотря на высочайшую стабильность работы атомные часы имеют относительно низкую разрешающую способность, они позволяют отсчитывать промежутки времени на уровне десять в минус тринадцатой секунды.

Такая низкая разрешающая способность обуславливается динамикой физических процессов, реакцией атомов определенных химических элементов на воздействие излучения. По сути, результатом работы атомных часов является так называемая частотная гребенка, серия вертикальных линий излученного атомами света или микроволнового излучения, расстояние между пиками которой соответствует минимальной дискрете измерения времени.

Однако, помимо атомных часов на свете существуют еще и оптические часы. Правда, все, что было сделано ранее в этой области, имело намного большие размеры, нежели то, что удалось сделать исследователям из Калифорнийского университета. Размеры оптических часов предыдущего поколения были сопоставимы с размерами системного блок настольного компьютера и эти устройства были наполнены лазерами, оптическим волокном и другими оптоэлектронными устройствами.

Калифорнийским исследователям удалось сократить размер оптических часов до одного кубического сантиметра, более того, структура этого устройства изготовлена при помощи распространенных методов производства кремниевых полупроводниковых приборов, что предполагает относительно небольшую стоимость их производства. А точность работы такого крошечного хронометра приближается к точности работы наилучших часов, которые могут поместиться только в комнате совсем немалых размеров.

Подобные оптические часы могут войти в состав научного оборудования и приборов, которое позволит ученым-физикам производить точнейшие измерения различных параметров пространственно-временного континуума и проникнуть в новую область так называемой аттосекундной физики, области, занимающейся изучением процессов, происходящих в масштабе времени, измеряемом атто- и фемтосекундами. Конечно, у новых часов имеется и масса областей практического применения, они могут использоваться в системах наземной и спутниковой навигации, в областях оптических, беспроводных и квантовых коммуникаций.

"Наши новые часы можно будет использовать в любом научном оборудовании, устраняя необходимость использования приемников сигналов стандартного времени. А астрономические телескопы, использующие такие часы смогут обнаруживать далекие астрономические объекты, размерами в 100 раз меньше, чем они это могут делать сейчас" - рассказывает Шу-Вей Хуань (Shu-Wei Huang), ведущий исследователь, - "Более того, новые часы могут использоваться для генерации импульса лазерного света наименьшей на сегодняшний день длительности, который можно использовать для наблюдений движения электронов и других процессов, происходящих в масштабах очень коротких промежутков времени".