Специалисты Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) создали оптические атомные часы на основе атомов тулия, что должно повысить точность навигационных систем, таких как ГЛОНАСС. Об этом во время встречи с президентом России сообщил глава РАН Геннадий Красников, добавив, что точность новых часов составляет 10 в минус 16-й степени. У директора ФИАН академика Николая Колачевского корреспондент портала «Научная Россия» выяснил, как именно работают эти часы.

«История точного времени началась в 60-х годах прошлого века, когда стало очевидно, что возбуждение переходов между уровнями атомов может служить отличным «маятником». Мы привыкли к различным механизмам, которые определяют время: от механических маятников до кварцевых осцилляторов. Затем люди поняли, что атомные переходы, например, в водороде или цезии, очень стабильны. Открытие Басова и Прохорова в области лазерной генерации стало ключевым для разработки атомных часов, что привело к переопределению секунда в системе СИ в 1967 году. Важно, чтобы часы не отклонялись от времени», — рассказал академик.

За последние два десятилетия произошел заметный переход от радиочастотного диапазона к оптическим атомным часам. Если стандартный эталон, основанный на атомах цезия, работает на частоте 9 гигагерц, новшества в области оптики обеспечивают значительно более высокую частоту лазерного света. В результате оптические часы оказываются гораздо точнее, достигая уровня 10 в минус 19 степени, улучшая показатели радиочастотных аналогов на несколько порядков.

«На данный момент большинство оптических атомных часов представляют собой лабораторные или транспортируемые установки, которые слишком громоздки для использования в мобильных устройствах. Тем не менее, шаг за шагом мы приближаемся к созданию компактных моделей. Как используется время в навигации? Оптические часы уже применяются в системах, таких как ГЛОНАСС, GPS и Galileo. Точность этих часов критически важна для определения местоположения — чем точнее временные сигналы, тем выше качество навигации. Для достижения точности в один метр, подходящей для такси и доставки, потребуется до 14 знаков после запятой на спутниках. В настоящее время на них устанавливаются цезиевые и рубидиевые часы, а также водородные мазеры, которые также являются атомными часами. Водородные мазеры, кстати, значительно продвинуты в России и имеют сравнительно небольшой вес — около 10 килограммов», — отметил Колачевский.

Следующий этап — разработка компактных оптических атомных часов. В России, США и других странах активно работают над созданием устройств весом примерно 10 килограммов, которые смогут эксплуатироваться в космосе. Это приведет к уменьшению погрешности навигации до 10 сантиметров и менее, что существенно улучшит возможности беспилотных систем доставки, где погрешность в метр уже недопустима.

Новость подготовлена при поддержке Российской академии наук
Фото: Елена Либрик / Архив Научная Россия

https://fine-news.ru/fian-predstavil-revolyutsionnye-optich/