Ұлттық стандарттар және технологиялар институтының (NIST) зерттеушілері алюминий ионы негізінде өздерінің атом сағатын жетілдірді. Бұл жайында islam.kz порталы Physical Review Letters мерзімді басылымына сілтеме жасай отырып мәлім етеді. Оптикалық атом сағаттарының жаңа буынына жататын аспап уақытты үтірден кейін 19 белгіге дейінгі дәлдікпен өлшей алады.

Оптикалық сағат екі параметр бойынша бағаланады:

• дәлдік (сағаттар «мінсіз» уақытты қаншалықты жақын өлшейді);

• тұрақтылық (статистикалық белгісіздікке байланысты сағаттар есептеуді қаншалықты тиімді жүргізеді).

Жаңа дәлдік рекорды алюминий ионындағы сағаттарды үздіксіз жетілдіру бағытындағы 20 жылға созылған еңбектің арқасында мүмкін болды. Алдыңғы жетістіктерден 41% артық рекордтық дәлдігінен өзге, аспап кез келген басқа иондық сағатқа қарағанда 2,6 есе тұрақты. Мұндай деңгейге лазерден бастап вакуумдық камераға дейінгі әрбір бөлшекті мұқият пысықтаудың арқасында қол жеткізілді.

Алюминий ионынан асқан сағаттар үшін мінсіз негіз жоқ, өйткені, ол өте тұрақты және жоғары жиілікте «соғады». Бірегей жобаға жетекшілік еткен NIST физигі Дэвид Хьюмның айтуынша, «маятник» рөліндегі алюминий қазір қолданыстағы секунд эталонының негізін құрайтын цезиге қарағанда әлдеқайда жақсы, оның үстіне, ол температура мен магниттік өріс сияқты сыртқы факторларға сезімтал емес. Дегенмен, алюминий ионының елеулі кемшілігі бар – оны салқындату әрі лазермен зерттеу қиын. Сол себепті, бұл тарапта магний ионы көмекке келеді. Магний алюминий секілді мінсіз болмаса да оны лазермен бақылау оңайырақ.

"Бұл жұп иондар жүйесі «кванттық логикалық спектроскопия» деп аталады. Магний ионы алюминий ионын баяу салқындатады, сонымен қатар, онымен синхронды түрде, яғни, үйлесімді қозғалады және сағаттың жағдайын магний ионының қозғалысы арқылы оқуға болады ", - дейді айрықша жобаның аспиранты Уилл Артур-Дворшак.

Тіпті, осындай үйлестіруге қол жеткізген күннің өзінде көптеген физикалық әсерлерді (эффектілерді) ескеруге тура келетінін алға тартқан Даниел Родригес Кастилио есімді аспирант: «Бұл күрделі міндет, өйткені, сағат конструкциясының әрбір бөлігі олардың жұмысына сөзсіз әсер етеді», деп жалғастырды сөзін.

Қиындықтардың бірі - иондарға арналған сағаттардың дәлдігін төмендететін сол сағаттың шағын қозғалысын тудыратын тұзақ конструкциясы болды. Қақпандағы электр теңгерімсіздігі иондарға кедергі келтіретін қосымша өрістер қалыптастырады. Бұл тығырықтан қалың алмас пластинаға тұзақ құрап және электродтардың алтын жабынын өзгерту арқылы шығуға тура келген.

Тағы бір кедергі - болаттан жасалған вакуумдық камераның қабырғаларынан шығатын сутегі болды - ол ионмен соқтығысып, сағаттың қызметіне нұқсан келтірді. Камераның өзі титаннан жасалған, титан сутегінің деңгейін 150 есеге төмендетті - енді қақпанды әр жарты сағат сайын емес, тіпті, бірнеше күннен соң қайта жүктеп жатудың қажеттілігі жойылды.

Ал ең негізгі фактор - иондарды зерттеу үшін лазердің тұрақтылығы болды. Сағаттардың алдыңғы нұсқасында (2019 жыл) кванттық флуктуацияларды орташа мәнге келтіру үшін бір апта бойы тынымсыз еңбек етуді талап етті. Жаңа сағат лазері әлемдегі ең тұрақты лазерлердің бірі - JILA зертханалық астрофизика біріккен институтының дерек көзі бойынша қайта салынды - ол үшін оның жарығы жиілік тарағына қарай ұзындығы 3,6 шақырым жер асты, оптикалық талшықты желі бойынша жүргізілді. Бұл жүйенің тұрақтылығын айтарлықтай арттырды: енді иондарды бір секунд бойы зерттеуге болады (бұрын - тек 150 миллисекундтан аспайтын). Осының арқасында өлшеу үшін 19 белгіге дейінгі дәлдікпен қажетті уақыт үш аптадан бір жарым күнге дейін қысқарды.

Жаңа рекорд әлем қауымдастығын секундты теңдессіз дәлдікпен қайта анықтау мүмкіндігіне бір табан жақындатады. Осынау жетістік ғылыми және технологиялық мүмкіндіктердің жаңа белесіне бастайды. Бұдан бөлек, мұндай сағат жердің геодезиясын өлшеу және кванттық зерттеулер үшін қуатты тұғырнамасы бола алады, оның ішінде стандартты моделден тыс физиканы тексеру - мысалы, табиғаттың іргелі константаларының өзгеруі туралы гипотезаларды тексеру мүмкіндігі пайда болмақ.