Время под микроскопом: сверхточные часы JILA подтверждают теорию Эйнштейна

Ученые из JILA (США) сделали революционный шаг в области измерения времени, разработав световые атомные часы, которые обладают исключительной точностью. Новая технология позволяет измерять малейшие эффекты, предсказанные теорией общей относительности Эйнштейна, и обещает внести значительные изменения в точное определение секунды, а также в обнаружение подземных минеральных ресурсов.

Атомные часы, обычно использующие микроволны для определения длительности секунды, теперь уступают место более точным световым часам. Освещение атомов видимым светом позволяет значительно точнее измерять секунды благодаря более высокой частоте световых волн. Новые световые атомные часы способны потерять одну секунду лишь за 30 миллиардов лет, что делает их невероятно точными. Для достижения такой точности необходимы часы, способные измерять мельчайшие доли секунды.

Ученые JILA использовали оптическую решетку, известную как «световая паутина», для одновременного удержания и измерения десятков тысяч атомов. Такой метод позволил собрать больше данных и обеспечить точное измерение секунды. Для достижения рекордных показателей использовали более мягкую оптическую решетку, что помогло уменьшить ошибки, возникающие из-за воздействия лазера и столкновений атомов друг с другом.

Сверххолодный газ атомов стронция захвачен в оптической решетке. Атомы удерживаются в ваккумной среде, которая помогает сохранить крошечные квантовые состояния атомов. Красная точка на изображении является световым лучом, используемым для создания атомной ловушки

Согласно общей теории относительности Эйнштейна, гравитация влияет на время: чем сильнее гравитационное поле, тем медленнее течет время. Часы JILA настолько чувствительны, что обнаруживают такие изменения на микроскопическом уровне. Исследователи наблюдали тонкие изменения в течении времени, поднимая и опуская часы на небольшие расстояния.

Методы, используемые для удержания и контроля атомов, могут также привести к прорывам в квантовых вычислениях. Квантовые компьютеры требуют точного управления внутренними свойствами атомов или молекул для выполнения вычислений. Прогресс в контроле и измерении микроскопических квантовых систем значительно продвигает такую задачу.

Кроме того, точность световых атомных часов JILA может быть полезна для космических исследований. Такие часы позволят осуществлять точные посадки космических аппаратов на другие планеты с невероятной точностью, в тысячи раз превосходящей современные GPS -системы. Для создателей атомных часов это не просто улучшение времени — это путь к разгадке тайн вселенной и созданию технологий, которые будут определять наше будущее.