Созданы «двойные» атомные часы с лазером, имеющие самую высокую точность и стабильность на сегодняшний день

Созданы «двойные» атомные часы с лазером, имеющие самую высокую точность и стабильность на сегодняшний день

Новости науки и техники Комментариев к записи Созданы «двойные» атомные часы с лазером, имеющие самую высокую точность и стабильность на сегодняшний день нет

Что может быть точнее самых точных атомных часов? Конечно, двое атомных часов в «одном флаконе». Именно эту идею использовали ученые-физики из Национального института стандартов и технологии (National Institute of Standards and Technology, NIST) создавшие часы, имеющие два хронометрических элемента на основе атомов иттербия.

И эти часы имеют рекордный на сегодняшний день показатель точности и стабильность, что позволит при их помощи производить проверку значений базовых физических констант, поиски темной материи и многое другое.

«Создавая новые часы, мы устранили один из критических типов помех, что позволило нам получить более сильный сигнал от хронометрических элементов» — рассказывает Эндрю Ладлоу (Andrew Ludlow), ученый-физик из NIST. Мы получили значение стабильности в 1.5 квинтилионной (10^-18) секунды, что ненамного лучше предыдущего рекордного показателя стабильности часов, полученного нами несколько лет назад. Но наши нынешние часы работают как минимум в 10 раз быстрее, чем любые предыдущие».

NIST Debuts Dual Atomic Clock — and a New Stability Record

Optical atomic clocks typically alternate laser probing of the atoms with periods of “dead time” during which the atoms are prepared and measured. During dead times, certain laser frequency fluctuations are not properly observed or compensated for in the laser tuning process. The resulting noise effects (first observed in the 1990s by G.J. Dick, then of the California Institute of Technology) has, until now, limited clock stability and precision.

NIST’s new double-clock design has zero dead time—and is, therefore, nicknamed the ZDT clock—and virtually no dead-time noise, because it probes atoms continuously by switching back and forth from one atomic ensemble to the other. The two ensembles of 5,000 and 10,000 ytterbium atoms, respectively, are each trapped in a grid of laser light called an optical lattice and probed by a shared laser.

Measurements of the responses of the two atom ensembles are combined to produce a single, combined correction to the laser frequency. These measurements and corrections are made twice as fast as in a single clock. Because there is no dead-time noise, the new clock attains record stability levels 10 times faster than before. Crucially, the performance is now limited by the atomic system of the clock rather than the laser, a long-sought goal in physics that Ludlow calls a “dream” for future applications.

https://www.nist.gov/news-events/news/2016/11/nist-debuts-dual-atomic-clock-and-new-stability-record

Атомы иттербия и стронция, используемые в оптических атомных часах, колеблются с частотами, находящимися в оптическом диапазоне, что намного выше микроволновых частот, использующихся в обычных атомных часах. Облака этих атомов освещаются светом высокостабильного лазера, что заставляет атомы переходить из одного энергетического состояния в более высокое и наоборот.

Второй лазер используется для определения частоты этих переходов и эта частота является сигналом хронометрического элемента. Естественно, любая помеха или неопределенность, затрагивающая этот «хрупкий» процесс, сбивает частоту и снижает точность хронометрирования.

Обычно оптические атомные часы имеют так называемый «мертвый» промежуток времени, в течение которого группа атомов подготавливается к работе и производятся измерения частоты. Время в этот момент продолжает отсчитываться по предыдущим показаниям часов, что не позволяет провести его коррекцию и компенсацию. Этот эффект, наблюдавшийся впервые в 1990-х годах, до последнего времени ограничивал стабильность и точность атомных оптических часов.

Новые часы имеют нулевое значение мертвого промежутка времени, из-за чего они получили название ZDT (zero dead time). Это было достигнуто путем использования двух хронометрических элементов, которые работают поочередно. В любой из моментов времени один из элементов обеспечивает функцию хронометрирования часов, а второй элемент подготавливается к работе. В первом хронометрическом элементе используется «ансамбль» из 5 тысяч атомов иттербия, а во втором — из 10 тысяч атомов, каждый из которых пойман в узлах сетки из лазерного света, так называемой оптической решетки.

Вполне естественно, что измерения времени и их коррекция производятся в новых часах в два раза быстрее, нежели в любых других часах с одним хронометрическим элементом. Из-за отсутствия промежутка мертвого времени такие часы выходят на их рекордный уровень стабильности в 10 раз быстрее, и теперь точность этих часов ограничена точностью работы их «атомной» системы, а не стабильностью лазера, как это было прежде.

Еще одним интересным фактом является то, что новые «двойные» атомные часы сделаны достаточно компактными и этот аппарат может эксплуатироваться вне стен лабораторий. «В скором времени мы сделаем часы еще более компактными, используя одну общую вакуумную установку и более простые лазерные системы» — рассказывает Эндрю Ладлоу, — «И после этого такие часы можно будет даже отправлять в космос».

Источник: http://www.dailytechinfo.org/news/8705-sozdany-dvoynye-atomnye-chasy-imeyuschie-samuyu-vysokuyu-tochnost-i-stabilnost-na-segodnyashniy-den.html

 

Рекомендуем для Вас

Leave a comment

You must be logged in to post a comment.


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top