Ученые из Университета Торонто сообщили о создании уникальных атомных часов, работающих в криогенных условиях. Новая разработка использует один атом стронция для стабилизации лазерного луча, который выполняет роль сверхточного камертона. Особенностью устройства является его охлаждение до экстремально низкой температуры, составляющей всего пять градусов выше абсолютного нуля, или -268 °C. Именно это достижение позволило нейтрализовать фундаментальную проблему сверхточных измерений — дестабилизирующее влияние тепловых шумов от окружающих деталей, включая вакуумные камеры. 

Как пояснил профессор Амар Вута, ведущий автор проекта, нагрев разрушает стабильность атомного сигнала, заставляя часы дрейфовать и терять точность. Снизив температуру захваченного иона стронция до 5 Кельвинов, его команда смогла минимизировать тепловое воздействие. В такой криогенной среде атом становится исключительно стабильным эталоном, что позволяет лазеру поддерживать постоянную частоту. Все часы в основе своей работают на стабильном повторяющемся событии. В данном случае «тиканье» задается квантовыми переходами электрона в атоме стронция, а охлаждение гарантирует чистоту этого сигнала. Современные оптические часы уже достигли феноменальной точности, позволяя измерять время с точностью до 18 знаков после запятой, но новая криогенная технология поднимает эту планку на ранее недоступный уровень.

Значение этого открытия выходит далеко за рамки простого измерения времени. Точные временные стандарты лежат в основе всей системы физических единиц. Например, определение электрических величин, таких как ампер и вольт, напрямую зависит от возможности точно подсчитать количество электронов, проходящих через проводник за определенный временной интервал.

Как отметил профессор Вута, повышение точности часов укрепляет фундамент для каждого физического измерения, которое только можно провести. Кроме того, столь точный инструмент открывает уникальные возможности для фундаментальной науки. Он позволяет проводить беспрецедентные проверки на стабильность основных констант природы, включая скорость света и постоянную Планка. По словам ученого, другого способа проверить фундаментальные законы физики с подобной точностью просто не существует.

Разработка одноионных криогенных часов открывает новые горизонты для спутниковой навигации, высокоскоростных телекоммуникаций и прецизионных научных измерений. Технология может стать основой для будущих экспериментов в области гравитации, квантовой механики и проверки теорий пространства-времени.