Новый тип атомных часов на основе иттербия кратно повысил точность измерений

Международная команда физиков создала новый тип атомных часов, использующих редкий орбитальный переход в атомах иттербия (Yb, элемент №70, относится к лантаноидам). Такие часы сочетают высокую точность с повышенной чувствительностью к внешним воздействиям, что открывает перспективы не только для сверхточного измерения времени, но и для фундаментальных исследований — поиска отклонений от Стандартной модели и следов тёмной материи.

Современные оптические часы работают на частотах сотен триллионов герц, что делает их значительно точнее микроволновых аналогов. Однако для практического использования важна стабильность перехода. В 2018 году был предложен необычный переход во внутренней оболочке электронов иттербия, чувствительный к тонким эффектам, но его наблюдение было затруднено из-за сдвигов уровней под действием лазерного света. В 2023 году переход впервые зафиксировали, но ширина спектральной линии оставалась слишком большой.

Учёные решили проблему с помощью «магической длины волны» — настройки лазера, удерживающей атомы в трёхмерной оптической решётке без значительного сдвига частоты. Это позволило сузить линию до 80 Гц и повысить точность измерений на два порядка. В ходе экспериментов также наблюдали когерентные колебания между состояниями и межорбитальный резонанс Фешбаха, что подтвердило возможность тонкого управления системой.

Изотопические сдвиги были измерены с точностью до одной миллиардной доли, что позволило наложить ограничения на гипотетические взаимодействия, включая поиск бозона, связывающего электроны и нейтроны. Результаты важны и для уточнения моделей атомного ядра.

Дальнейшая доработка технологии позволит создать новое поколение оптических часов — сверхточных измерителей времени и чувствительных датчиков для проверки фундаментальных теорий строения Вселенной.