В Национальном институте стандартов и технологий США физики разработали атомные часы с рекордной точностью, основанные на атомах иттербия, захваченных в оптических решетках. Это позволит изучить некоторые самые загадочные явления во Вселенной.
Экспериментальные атомные часы в Национальном институте стандартов и технологий США (NIST) установили три новых рекорда точности. Теперь их можно использовать не только для отслеживания времени и навигации, но и для регистрации слабых сигналов из ранней Вселенной, гравитационных волн и, быть может, даже темной материи. опубликована в журнале Nature.
Лазерные лучи образуют оптические решетки, которые удерживают тысячу атомов иттербия. тикаютАтом вибрирует или перескакивает между двумя энергетическими уровнями. Учёные из NIST достигли рекордных значений по нескольким ключевым показателям: систематической погрешности, стабильности и воспроизводимости.
Систематическая неопределенность указывает на точность отображения часами естественных вибраций — частоты — атомов. Ученые NIST выяснили, что каждый их прибор работает со скоростью, равной естественной частоте, с возможной ошибкой всего в 1,4 части из 10. 18Примерно одно на один.
Стабильность определяется частотой колебаний часов. меняетсяВ течение данного периода результат достиг 3,2 из 10. 19 (или 0,00000000000000000032) за день.
Точность работы устройств определяется совпадением их частоты. В эксперименте с десятью парами часов разница составляла меньше, чем одна миллиардная доля секунды из одной миллиардной.
Атомные часы будут идти медленнее согласно Общей теории относительности, то есть частота атомных вибраций замедлится, а при сильной гравитации сместится в красную сторону электромагнитного спектра. Время идет медленнее на меньшей высоте.
Хотя красное смещение ухудшает измерение времени этими часами, его можно использовать для определения гравитации с высокой точностью. Сверхчувствительные часы способны регистрировать гравитационное искривление пространства-времени с большей точностью, чем прежде. применитьДля релятивистской геодезии, изучающей гравитационную форму Земли, регистрации сигналов из ранней Вселенной, таких как гравитационные волны, и даже темной материи, о свойствах которой мало что известно.