Криогенные атомные часы открывают новые возможности для метрологии сверхточных измерений

Исследователи из Университета Торонто представили первые криогенные оптические атомные часы, работающие на одиночном ионе стронция при экстремально низкой температуре (ниже 5 К или -268 °C). Это достижение открывает новые перспективы в области метрологии сверхточных измерений, так как позволяет практически полностью устранить тепловые помехи, искажающие сигнал атомного перехода.

В основе работы часов лазер, стабилизированный по частоте с помощью захваченного иона стронция. При криогенном охлаждении атом становится почти неподвижным, что резко увеличивает время когерентности и снижает частотный дрейф. Ожидается, что такие часы смогут превзойти точность современных цезиевых эталонов секунды в 100 раз, достигая относительной погрешности порядка 10⁻¹⁸. Для сравнения: это эквивалентно возможности измерить расстояние до Луны с точностью до долей миллиметра.

Сверхточное измерение времени и частоты лежит в основе системы единиц СИ. Через них определяются метр, ампер и другие величины. Улучшение эталонов времени напрямую влияет на развитие навигационных систем (GPS/ГЛОНАСС), телекоммуникаций, квантовых сенсоров и фундаментальных физических экспериментов, включая проверку стабильности фундаментальных констант.

Кандидат физико-математических наук Алексей Морозов, специалист в области квантовой метрологии, отметил: «Сверхточные измерения сегодня становятся ключевым направлением научного прогресса. Разработка криогенных атомных часов это шаг к новым эталонам, которые позволят решать задачи, ранее недоступные даже в лучших лабораториях мира».

Создание таких часов подтверждает тенденцию перехода метрологии от микроволновых стандартов к оптическим, где стабильность и точность достигают принципиально новых уровней. Это открывает путь к переопределению секунды на основе оптических переходов и дальнейшему совершенствованию всей системы измерений.