Самые точные часы сделали портативными

Физики создали переносной вариант оптических часов — одной из самых точных разновидностей атомного хронометра. Получившийся прибор несколько менее надежен, чем стационарные аналоги, — он способен измерять частоты с точностью на уровне 10¹⁵ — однако, тем не менее, намного точнее других доступных вне лаборатории методов, за исключением спутниковых систем. Описание разработки и первые полевые испытания описаны в статье в журнале Nature Physics.

Атомные часы работают, отсчитывая колебания электромагнитной волны лазера, настроенного на переход в атоме с известной частотой. Современное определение секунды опирается именно на измерения атомных часов. Оптические часы — наиболее сложный вариант — используют переходы в оптической области от ультрахолодных атомов, чтобы уменьшить возможные помехи. Лабораторные приборы, работающие на этом принципе, способны измерять время с точностью до квинтиллионных долей (10¹⁸).

С помощью сверхточных часов можно измерять гравитационный потенциал Земли, используя эффект замедления времени из общей теорией относительности. Согласно теории Эйнштейна, если поместить часы в область с сильным гравитационным потенциалом, они начинают идти медленнее. Этот эффект был впервые экспериментально зафиксирован в классических опытах Паунда и Ребки в середине XX века.

В новой работе Кристиана Лисдата из Национального метрологического института Германии и его коллег описывается разработка портативных оптических часов на основе атомов стронция. Исследователи смогли достичь точности измерения частоты в несколько квадриллионных долей (10¹⁵). Чтобы проверить, как прибор работает, они определили разность гравитационных потенциалов между Национальным институтом метрологических исследований в итальянском Турине и подземной лабораторией Modane, расположенной на расстоянии 90 километров от него, посередине соединяющего Италию и Францию туннеля Фрежюс под Альпами.

В результате разность частот составила 48 ± 1 герц, откуда следует, что разность высот между двумя точкам составляет около одного километра. Результат согласуется с данными других методов, однако пока не настолько точен, как определение высоты при помощи спутников систем глобальной навигации. Чтобы достичь сравнимого с ними результата, точность часов необходимо повысить в 50 — 100 раз. Коллектив рассчитывает добиться этих показателей, улучшив свой прибор.