Новини науки

В Национальном Институте США по стандартам и технологиям (NIST) разрабатывают принципиально новые «самые точные в мире часы». Об этом сообщает «CyberSecurity». Команда специалистов под руководством Джима Бергквиста работает над сверхточными атомными часами, которые замеряют время, руководствуясь действиями атомных частиц.

Как говорят специалисты, традиционные атомные часы в качестве постоянного периодического процесса используют собственные колебания атомов или молекул. Периоды этих колебаний при помощи электронных сxем сравниваются с измеряемым промежутком времени. С 1967 года международная система единиц СИ определяет одну секунду как 9 192 631 770 (девять миллиардов сто девяносто два миллиона шестьсот тридцать одна тысяча семьсот семьдесят) периодов электромагнитного излучения, возникающего при переходе между двумя уровнями основного состояния атома изотопа Цезий-133. Согласно этому определению атом цезия является стандартом для измерений времени и частоты.

Точность определения секунды определяет точность определения других основных единиц, таких как, например, вольт или метр, содержащих секунду в своем определении. Вместе с тем, в современном мире сверхточной электроники и сверхбыстрых вычислений 0,0000000001 секунды может оказаться слишком большим промежутком для временнОй синхронизации. Кроме того, в мире сейчас установлено несколько атомных часов, которые уже начинают расходиться во времени.

Также специалисты говорят, что некоторые природные и физические особенности могут оказать дополнительное влияние на ход часов - например, известно, что часы, установленные высоко над уровнем моря в Денвере (США) идут чуть быстрее, чем остальные эталоны времени. Однако специалисты из NIST говорят, что не собираются отправлять атомные часы на свалку. По их мнению, надо всего лишь разработать технологию, которая будет еще более точной и сможет корректировать атомный ход. У внимательного читателя может возникнуть вопрос: а зачем это вообще нужно? для чего нужна такая сверх-колоссальная точность? Одним из применений этих разработок должна стать спутниковая навигация. Только не та, которой пользуются сейчас на Земле, а та, которую будут использовать в будущем для межпланетных перелетов.

Другой не менее важной сферой применения этих разработок станут новейшие технологии квантовой криптографии. Ну и кроме того, чем более точные приборы будут работать на орбите, тем более точно специалисты могут говорить о тех или иных феноменах Вселенной. Команда Джима Бергквиста намерена в ближайшее время продемонстрировать первую в мире технологию, которая по своей точности превышает атомные часы, считавшиеся эталоном точности на протяжении последних 50 лет. По расчетам, атомные часы, применяемые сегодня, могут «потерять» 1 секунду за 70 миллионов лет, новая разработка может терять ту же секунду за 400 миллионов лет.

В дальнейшем ученые планируют увеличить этот промежуток до нескольких миллиардов лет. Так в чем же заключается секрет новых часов? Новинка делит время на более мелкие кванты и за счет этого работает точнее. Проще говоря, новые часы «тикают» быстрее, отмеряя более мелкие промежутки времени, а чем эти промежутки мельче, тем точнее отсчет времени. Можно представить такой пример: 100-метровый спринтерский забег измеряют двое часов - одни способны отмерять лишь целые секунды, а другие измеряют время до тысячных долей секунд. В результате вторые часы покажут более точный результат, так как оперируют более мелкими временнЫми квантами.

На сегодня в NIST планируют последовательно внедрить две новых, более точных, по сравнению с цезиевой, технологии. Первая основана на переходах между энергетическими уровнями иона ртути, удерживаемого в электромагнитной ловушке. При переходах генерируются кванты видимого диапазона спектра, которые позволяют измерять время в 5 раз точнее, чем микроволновое излучение цезия-133. Другая, более прогрессивная технология основана на «лазерных квантах».

Оптические атомные часы будут «бомбить» атомы лазерным лучом, настроенным на определенную частоту. Лазерные кванты должны стать в 100 000 раз более мелкими, чем современные цезиевые. Скорее всего именно оптические часы станут новым эталоном секунды. Однако до внедрения оптических часов еще пройдет 5-10 лет, которые уйдут на доработку технологии и перевод на нее всех научных лабораторий мира, занимающихся хронологией.