Исследователи разработали новый тип атомных часов на основе иттербия. По словам авторов работы, устройство отличается высокой чувствительностью и точностью и потенциально позволит искать признаки темной материи.
Изображение: N. Phillips/NIST
Проект возглавил физик Тайки Исияма из Высшей школы естественных наук Киотского университета в Японии. В основе разработки лежит редкий орбитальный переход в атомах иттербия — особый переход между энергетическими конфигурациями, связанными с внутренним электронным слоем атома. Ученые давно считали этот механизм многообещающим, поскольку он особенно чувствителен к тонким физическим эффектам, однако на практике добиться необходимой точности измерений было крайне сложно.
Обычные атомные часы измеряют время по частоте переходов электронов между двумя энергетическими уровнями атома. Такие переходы отличаются исключительной стабильностью, поэтому атомные часы остаются самыми точными измерителями времени, созданными человеком. Современные лучшие образцы, например, оптические часы на стронции, настолько точны, что ошиблись бы меньше чем на секунду за десятки миллиардов лет.
Однако иттербий может дать еще более чувствительный инструмент. Проблема заключалась в том, что в ранних экспериментах точность измерений сильно страдала из-за помех от лазеров, которыми атомы удерживаются в ловушке. Чтобы решить эту задачу, команда использовала метод «магической длины волны», при которой свет лазера почти не искажает нужные энергетические уровни атома. Атомы были помещены в трехмерную оптическую решетку, а также использовался высокостабилизированный лазер возбуждения.
Авторы считают, что новая технология открывает возможности не только для более точного измерения времени, но и для фундаментальных экспериментов в физике. Благодаря высокой чувствительности такие часы могут указывать на существование новых частиц, неизвестных взаимодействий или проявлений темной материи.
Исследователи также отмечают, что разработка может оказаться полезной и для более широкого круга задач в области квантовых технологий и квантовой науки, где критически важны контроль над атомными состояниями и сверхточные измерения.
