Не так давно специалисты американского Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) завершили создание новых атомных часов. Проведенные при помощи установки эксперименты показали, что новые часы обладают рекордными показателями сразу по трем основным характеристикам. Это, в свою очередь, означает, что при помощи этих часов можно провести очень тонкие измерения, такие, как измерения пространственно-временных искажений, возникающих вследствие неоднородности гравитационного поля Земли, измерения очень слабых сигналов от неуловимой темной материи и многое другое.
Ядром новых атомных часов является одна тысяча атомов иттербия, которые удерживаются в пределах "сетки" состоящей из лучей лазерного света. Энергия этих лучей заставляет атомы колебаться подобно метроному, они постоянно переходят от одного энергетического состояния к другому и наоборот. Новая технология измерения этих колебаний, плюс синхронная "работа" сразу тысячи атомов позволяют новым часам отсчитывать время с невероятной точностью. Одна секунда ошибки накопится в таких часах более чем за 300 миллионов лет.
Как уже упоминалось выше, новые часы имеют рекордные показатели по трем параметрам, систематической неопределенности, стабильности и повторяемости, что было получено при помощи новых технологий тепловой и электрической защиты. Систематическая неопределенность показывает, насколько точно "тики" атомных часов соответствуют колебаниям атомов. Согласно измеренным значениям, новые часы обеспечивают систематическую неопределенность на уровне 1.4 части на 10^18.
Показатель стабильности определяет, на какую величину изменяются "тики" часов в течение длительного времени. В данном случае стабильность составила 3.2 части на 10^19 в сутки. Показатель повторяемости был измерен путем сравнения синхронной работы двух одинаковых атомных часов. Во время экспериментов ученым NIST удалось зарегистрировать не более 10-18 случаев отклонения частоты на 10^18 циклов работы часов.
Упомянутые выше показатели, имеющие отношение к точности работы новых часов, позволят при помощи этих часов произвести ряд очень тонких измерений. К примеру, измерение так называемого геоида (гравитационной формы нашей планеты) может быть проведено при помощи новых иттербиевых часов с беспрецедентной точностью в 1 сантиметр. Эти же атомные часы могут быть использованы для детектирования и измерения параметров гравитационных волн, более высокочастотных, нежели волны, которые способны улавливать детекторы типа LIGO. Но самой главной возможностью, которые новые часы предоставят ученым, является возможность регистрации сигналов от темной материи, которая проявляется в нашем мире только за счет создаваемых ею сил гравитации.
