Группа исследователей представила инновационную модель атомных часов, функционирующих на базе иттербия. По заявлению разработчиков, устройство обладает беспрецедентной чувствительностью и точностью, что в перспективе позволит использовать его для обнаружения следов темной материи.
Изображение: N. Phillips/NIST
Научный проект реализован под руководством физика Тайки Исиямы из Киотского университета. В основу технологии лег редкий орбитальный переход в атомах иттербия, затрагивающий внутренние электронные слои. Данный механизм долгое время считался крайне перспективным из-за его восприимчивости к едва уловимым физическим аномалиям, однако добиться необходимой прецизионности измерений на практике удалось только сейчас.
Принцип работы стандартных атомных часов базируется на фиксации частоты энергетических переходов электронов. Благодаря исключительной стабильности этих процессов подобные приборы остаются самыми совершенными измерителями времени. Например, современные оптические часы на стронции демонстрируют погрешность менее одной секунды за десятки миллиардов лет.
Иттербий потенциально способен обеспечить еще более глубокий уровень детализации. Ранее основной преградой были помехи от лазерных ловушек, искажавшие результаты. Чтобы нивелировать этот эффект, команда применила метод «магической длины волны», при которой лазерное излучение практически не влияет на энергетические уровни атома. Экспериментальная установка включала трехмерную оптическую решетку и высокостабилизированный лазер возбуждения.
Авторы работы убеждены, что новая разработка открывает горизонты не только для сверхточного хронометража, но и для фундаментальных открытий. Высокая разрешающая способность системы может стать ключом к поиску новых элементарных частиц и неизвестных науке взаимодействий, включая проявления темной материи.
Кроме того, данная технология имеет стратегическое значение для развития квантовых вычислений и сенсорики, где критически важен филигранный контроль над состояниями атомов и проведение измерений на пределе физических возможностей.
Источник: iXBT
