Измерение времени с точностью в 200 миллиардов раз
Новое исследование контролирует шум атомной частоты, чтобы удвоить точность атомных часов и обеспечить более точное время.
Без точного времени любая электроника в мире не будет работать.Он сохраняет время для GPS-навигации, передачи данных через Интернет, биржевой торговли и сетей связи.Эти часы называются атомными часами;они работают, измеряя, как атомы естественным образом «колеблются по частоте» с фиксированной, постоянной скоростью.
В большинстве современных атомных часов используются атомы цезия, которые колеблются более 10 миллиардов раз в секунду.Лазеры соответствуют этим атомным тикам, чтобы поддерживать идеальное время.
Но новые оптические атомные часы используют такие атомы, как иттербий, которые тикают гораздо быстрее, примерно 100 триллионов раз в секунду.Более быстрая генерация означает более точный хронометраж, но эти оптические часы сталкиваются с проблемой, называемой квантовым шумом.Квантовый шум затрудняет четкое измерение крошечных колебаний атомов.
Новый подход удваивает точность оптических атомных часов, позволяя им различать вдвое больше тиков в секунду по сравнению с той же установкой без нового метода.Кроме того, они ожидают, что точность метода будет постоянно возрастать с увеличением числа атомов в атомных часах.
Ученые Массачусетского технологического института теперь разработали способ уменьшить этот шум и сделать оптические часы более стабильными.Их новый метод, называемый глобальной фазовой спектроскопией, изучает, как свет лазера взаимодействует с запутанными атомами иттербия.Когда свет попадает на эти атомы, он создает небольшое воспоминание о взаимодействии света и атомов, называемое «глобальной фазой».
Ранее ученые считали, что этот эффект не имеет значения, но команда Массачусетского технологического института обнаружила, что он на самом деле несет информацию о частоте лазера.
С помощью этих часов ученые пытаются обнаружить темную материю и темную энергию, а также проверить, действительно ли существуют всего четыре фундаментальные силы, и даже посмотреть, могут ли эти часы предсказывать землетрясения.
Используя квантовое усиление и метод обращения времени, исследователи смогли усилить этот фазовый сигнал.Это помогает часам обнаруживать меньшие изменения частоты, которые обычно теряются в шуме.В результате новый метод удваивает точность оптических атомных часов и делает их лазеры более стабильными.