Новые сверхточные атомные часы могут изменить определение секунды

Международный прототип килограмма (эталон килограмма), который сделан из сплава платины и иридия, надежно спрятан в штаб-квартире Международного бюро мер и весов в Севре, Франция. Единственной целью прототипа остается определение одной из семи основных единиц Международной системы единиц – килограмма. Эталон килограмма остается артефактом, который имеет большое значение для человечества. Измерение массы с высокой точностью является очень важной задачей только для небольшого количества ученых, занятых в различных отраслях конкретной науки. Но что большинство скажут о времени?

С определением точного времени каждый из нас сталкивается ежедневно. Современные устройства, которые используют секунду как стандарт для определения времени, достаточно точны. Стабильность атомных часов, в которых учитывается эффект релятивистского замедления времени, обычно лежит в пределах 10 в −16 степени и является наилучшей среди всех существующих на сегодня типов часов. Большинство думает, что в настоящее время человечество имеет надежное определение секунды, но это далеко не так.

Не так давно в научном журнале Nature Communications появилась довольно интересная статья, посвященная альтернативному методу определения секунды, который снижает погрешность и может установить новый стандарт секунды.

Обычные напольные часы для работы используют колебания маятника, в то время как атомные часы используют более надежные колебания – осцилляции атомов цезия. Напомним, что 1 секунде соответствует 9192631770 таких колебаний. Период этих колебаний замедляется и является более точным, если атомы цезия охлаждены, поэтому в современных атомных часах они охлаждаются почти до абсолютного нуля с помощью микроволнового лазера.

В своей новой работе команда исследователей из Парижской обсерватории представила доказательства, что созданные ими так называемые часы оптической решетки, которые используют стронций вместо цезия, являются в три раза точнее, чем традиционные атомные часы.

Погрешность современных атомных часов в среднем составляет 1 секунду в течение каждых 100 миллионов лет. Ученые утверждают, что новые часы оптической решетки отличаются погрешностью не более 1 секунды в течение каждых 300 миллионов лет. Другими словами, если бы данные часы были запущены в момент Большого взрыва – 13,7 миллиарда лет назад, то в настоящее время их погрешность составила бы всего 45,67 секунды.

Более того, при сравнении двух одинаковых оптических часов ученые получили полную синхронность, что свидетельствует не только о сохранении точного времени в течение долгого периода времени, но и чрезвычайно точного подсчета продолжительности каждой секунды.

Насколько значимыми могут быть изменения? Атомные часы устанавливают несущую частоту для многих радиостанций, а их точность позволяет спутникам системы глобального позиционирования распознавать крошечные различия в определении точного количества времени к моменту поступления сигнала.

Ультранадежные стандарты времени становятся все более необходимыми, так как ученые уже начинают запускать пучки квантовых частиц сквозь Землю в надежде собрать данные на обоих концах. Точность необходима, если в будущем ученые хотят измерить так называемые «телепортации» информации. Это особенно важно для координации спутников, роверов и отправленных на другие планеты астронавтов.

Более точными, чем новые атомные часы оптической решетки являются только часы, которые используют ионы. Правда, их намного тяжелее стандартизировать.