Китай създаде оптичен часовник, който ще работи без грешка в продължение на 7,2 милиарда години

Изследователи от Китайския университет за наука и технологии са създали оптичен часовник със стабилност и неопределеност под 5 квинтилионни части. Часовникът ще губи или печели по една секунда през следващите 7 милиарда години. Следователно има вероятност той да показва точно време през целия ни живот.

Оптичните часовници имат решаваща роля в бъдещето, което се очертава днес. Учените са уверени, че могат да разработят по-точни системи за GPS локализация и квантово разпределение на ключове, използвайки оптични часовници.

Изследователски екипи от Япония, САЩ и Германия работят върху разработването на оптични (атомни) часовници. Най-прецизният атомен часовник обаче се намира в Университета на Колорадо в Боулдър и също така е стабилен в работата си. С неотдавнашното си постижение Китай стана втората нация в света, която демонстрира прецизно измерване на времето. Часовникът обаче трябва да бъде по-точен от американския си аналог.

Какво е секундата?

Секундата се определя от науката въз основа на атомен часовник, известен като микровълнов фонтанен часовник. Часовникът освобождава цезиеви атоми нагоре, които падат обратно към Земята поради гравитацията, подобно на водата, която тече във фонтан. След това атомите се възбуждат с микровълнови импулси, което кара електроните да поглъщат и излъчват светлинни частици и да прескачат на различни енергийни нива.

Всеки такъв цикъл е малка част от секундата, което позволява на учените да поддържат прецизно измерване на времето с точност до няколко квадрилионни части. Прецизността на такъв часовник обаче зависи от честотата на микровълните. Затова изследователите разработват оптичен часовник, който заменя микровълновата с лазерна светлина. Смята се, че това ще подобри работата на часовника с два порядъка.

Създаване на оптични часовници за бъдещето

Необходими са поне три лаборатории, които да постигнат стабилност под пет квинтилионни части и неопределеност под две квинтилионни части, за да се приемат оптичните цифрови часовници. Под ръководството на Пан Джианвей, китайският изследователски екип използва стронций за направата на своя оптичен часовник.

Изследователите охлаждат атомите на стронция до температури от няколко микрокелвина. След това ги улавят в едноизмерна решетка, създадена с помощта на пресичащи се лазерни лъчи. След това те използват свръхстабилен лазер, за да задействат атомите и да предизвикат стабилен и прецизен часовников преход.

Сравненията с други независими часовници потвърдиха, че оптичният часовник е стабилен с точност до 2,2 квинтилионни части, докато неопределеността му е 4,4 квинтилионни части. Изследователите заявиха, че техният оптичен часовник ще губи или печели една секунда в продължение на 7,2 милиарда години.

Това поставя усилията на екипа в минималните критерии, необходими за изграждането на бъдеще, което използва оптични часовници за прецизно измерване на времето. Изследователите планират да използват и други атоми, като например итербий за направата на часовника и да сравнят разликите в отчитането на времето.

Изследователите също така заявиха, че работата им е открила нови начини за проверка на фундаменталните теории във физиката и за търсене на гравитационни вълни и тъмна материя, съобщи изданието South China Morning Post.