Может ли кристалл ионов переопределить секунду?

Мир, в котором мы живем, постоянно стремится к точности, и измерение времени не является исключением. В настоящее время секунда, фундаментальная единица времени, определяется цезиевыми атомными часами, использующими микроволновые частоты. Однако эра сверхточных оптических атомных часов, «тикающих» с частотой лазера, в 100 000 раз быстрее, чем цезиевые, уже наступила, и они обещают быть в 100 раз точнее. Именно эти новые стандарты, потенциально способные переопределить секунду, являются объектом пристального внимания ученых.
Может ли кристалл ионов переопределить секунду?
Изображение носит иллюстративный характер

В авангарде этих исследований находится Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Германия, – мировое лидерство в разработке оптических часов. PTB создала различные типы оптических часов, включая одноионные и решеточные часы. Однако прорывным достижением стало создание новых часов на основе ионного кристалла, которые способны измерять время и частоту в 1000 раз точнее, чем цезиевые аналоги.

Эти новые часы используют хитроумный метод: вместо одного атома, они работают с множеством ионов, улавливаемых одновременно, формируя уникальную кристаллическую структуру за счет взаимодействия между ионами. Использование комбинации ионов индия и иттербия позволяет объединить преимущества каждого из них. Индий выбран из-за свойств, обеспечивающих высокую точность, а иттербий – для эффективного охлаждения.

Принцип работы оптических часов заключается в облучении атомов лазерным светом. При правильной частоте лазера атомы меняют свои квантовые состояния, и это изменение, если его точно измерить, можно использовать для отсчета времени. Однако, для получения точных результатов атомы должны быть изолированы от внешних влияний.

Традиционные одноионные часы, хоть и обеспечивают точность до 18-го знака после запятой, требуют очень длительных измерений – от двух недель до трех лет для полной реализации потенциала. Новые ионно-кристаллические часы, благодаря параллельной обработке данных, сокращают это время до приемлемых величин.

Разработка ионно-кристаллических часов представляет собой сложную задачу. Необходимо было разработать ионную ловушку, обеспечивающую высокую точность для протяженного кристалла, а также разработать методы точного позиционирования охлаждающих ионов.

Несмотря на эти трудности, новые часы уже демонстрируют точность, близкую к 18-му знаку после запятой, что является значительным достижением. Сравнения с другими часами в PTB, включая одноионные иттербиевые часы, стронциевые решеточные часы и цезиевые фонтанные часы, подтвердили их высокую точность. Особенно важным оказалось достижение предела точности, необходимого для сравнения с иттербиевыми часами, что критически важно для переопределения секунды.

Работа над созданием новых оптических часов, описанная в статье "¹¹⁵In⁺ − ¹⁷²Yb⁺ Coulomb Crystal Clock with 2.5×10⁻¹⁸ Systematic Uncertainty" (H. N. Hausser et al., Physical Review Letters, 2025, DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.253201), является важным шагом вперед.

Эти часы не только открывают дверь к новым стандартам времени, но и демонстрируют перспективы применения ионных кристаллов с другими видами ионов, что может привести к созданию совершенно новых концепций часов, например, основанных на квантовых многочастичных состояниях. Физики Йонас Келлер и Таня Мельштёйблер, ведущие исследователи в PTB, являются ключевыми фигурами в этом прогрессе.

Будущее времени, кажется, уже наступило. Новое поколение сверхстабильных и точных оптических часов на основе ионных кристаллов не только приближает нас к переопределению секунды, но и открывает новые горизонты в фундаментальных исследованиях и технологических применениях.


Новое на сайте

20854Как дешёвые Android-смартфоны превращаются в чужие прокси? 20853В Индии имя звонящего появится на экране вместе с номером 20852Как проверить готовность команды к звонку с клонированным голосом? 20851Уязвимости MarkLogic: делегированные права могли открыть путь к администраторскому... 20850Как GitHub закрыл лазейку, угрожавшую тысячам npm-пакетов? 20849Hirudo подменяет банковские приложения, чтобы обойти их защиту 20848Как Vghost превратил старую ошибку Linux в путь к root? 20847Уязвимости в PAN-OS и Cisco Secure Email Gateway уже используют атакующие 20846Как уязвимость GitLab могла открыть сервер для чужого кода? 20845Уязвимость SAP Cloud SDK могла отправить OAuth2-секреты злоумышленнику 20844Уязвимость в Nextcloud открыла путь к веб-оболочкам на серверах 20843Смогут ли малые ИИ-модели превратить бытовую технику в ботнет? 20842Пять уязвимостей NGINX: кому грозит риск и как закрыть его 20841Тайный диктофон в OpenAI: что утверждают следователи 20840Как проверять уязвимость входа, не заходя дальше дозволенного?
Ссылка