Поделиться
Атомные часы станут идти точнее
Американские ученые продемонстрировали возможности нового метода лазерной спектроскопии, который позволит существенно повысить точность хода атомных часов. Группа ученых из национального института стандартов и технологий в г. Боулдер, штат Колорадо, под руководством Дэвида Уайнлэнда (David Wineland) воспользовалась технологией, разрабатывавшейся для квантовых компьютеров и позволяющей с высокой точностью измерять параметры ионов.В атомных часах время «отмеряют» по колебаниям между двумя энергетическими состояниями атома. В существующих в настоящее время атомных часах используются микроволновые переходы между уровнями атома цезия. Тем не менее, часы, в основе которых лежали бы более «быстрые» переходы между уровнями, излучение которых приходится на оптическую область спектра, теоретически могли бы быть существенно точнее. Они, в частности, позволили бы создать более точные эталоны времени, а также найти применение в проверке неизменности со временем фундаментальных физических констант.
На роль кандидата для построения оптических часов подходит ион алюминия
Американские ученые смогли преодолеть эти трудности. Для этого они образовали пару из иона алюминия и иона бериллия, который легко охладить и измерить. Использование сверхолодных ионов позволяет существенно повысить точность проводимых измерений за счет уменьшения допплеровского эффекта.
Как сообщает PhysicsWeb, для этого ученые поместили два иона в электромагнитную ловушку Паули, после чего с помощью лазера образовали квантовую суперпозицию основного и возбужденного состояний иона алюминия. Оба иона затем подверглись охлаждению до динамического основного состояния ловушки. Затем с помощью другого лазера была создана суперпозиция динамических состояний обоих ионов. И, наконец, с помощью еще одного лазерного импульса эта суперпозиция была переведена в суперпозицию внутренних состояний иона бериллия, состояние которого можно контролировать с помощью уже существующих методик лазерной спектроскопии.
«С помощью этой методики мы можем детектировать состояние иона бериллия, который дает нам ту же самую информацию, что и при непосредственном измерении иона алюминия, заявил один из авторов работы, Пиет Шмидт (Piet Schmidt), в настоящее время сотрудник университета Инсбрука в Австрии. Тем самым открывается перспектива спектроскопии намного большего количества атомов с интересными спектроскопическими свойствами». В частности, она может найти применение в определении перспектив использования в оптических часах атомов бора, гелия и других химических элементов. Крайне нуждаются во все более точных и компактных атомных часах и военные. Так, американским ученым удалось в 2004 году довести размер атомных часов до объема, меньшего десяти кубических миллиметров, и, соответственно, значительно снизить их энергопотребление. Сверхточные атомные эталоны времени в военной технике различного назначения значительно снизят потребность в синхронизации по высокоточным сигналам спутников GPS, либо позволят полностью отказаться от нее, а также использовать точные эталоны времени там, где нет возможности принимать спутниковые сигналы например, под водой. Широкое применение сверхточных атомных часов повысит помехозащищенность аппаратуры, позволит создавать в боевых условиях более устойчивые беспроводные сети передачи данных, а также использовать режимы сверхбыстрого переключения частот.
Короткая ссылка
