В атомных часах счетчик фиксирует микроволновый сигнал, испускаемый электронами в атомах при изменении уровня энергии. Когда ионы атомов щелочных и щелочноземельных металлов вибрируют определенное количество раз, прибор принимает это значение за секунду. Такие часы намного точнее обычных кварцевых или механических — например, показания цезиевых атомных часов лежат в основе современного определения секунды в международной системе единиц измерения СИ.
Однако существующие атомные часы остаются уязвимыми к внешним помехам — в частности, у ученых нет точного понимания, как устроены электрические слои, между которыми колеблются электроны. Их свойства нельзя просчитать теоретическими методами с точностью, которая была бы достаточна для работы атомных часов.
В новом исследовании ученые нашли способ просчитать поведение ионов металлов в атомных часах с помощью закономерности, построить которую позволила теория относительности Эйнштейна. Согласно ей, масса иона должна несколько измениться, если один из электронов перейдет из состояния покоя на более высокие энергетические уровни. Это позволяет изучать структуру этих уровней и то, насколько разные переходы пригодны для создания атомных часов, не разрушая при этом сам ион.
Это знание позволило ученым сделать большой шаг в сторону создания сверхточных атомных часов. Устройство может быть использовано для изучения аксионов — сверхлегких частиц, которые по своим свойствам и массе должны быть похожи на нейтрино. Они, согласно теориям ученых, могут быть материалом легкой темной материи.
Ранее «Хайтек» рассказывал про технологию атомных часов и принцип их работы.
Читайте также: