Самый редкий редкоземельный металл: новые атомные часы установили мировой рекорд точности

Физики из Сингапура заявляют, что они создали атомные часы, которые являются самыми точными в мире. Испытания новых атомных часов на основе лютеция показали, что они потенциально превосходят в точности существующие атомные часы на основе цезия. Предполагается, что продолжительность секунды может быть пересмотрена. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature, пишет New Atlas.

Атомные часы измеряют время, подсчитывая сверхточные квантовые переходы электронов между энергетическими уровнями в атомах. Электроны в атомах цезия-133 самых лучших атомных часов находятся на определенных орбитах и обладают конкретным запасом энергии. При облучении атомов микроволнами определенной частоты электроны переходят на более высокий энергетический уровень. Таким образом электроны в атомах начинают колебаться между квантовыми состояниями с постоянной частотой. Таким образом можно получить самое точное время.

Важной характеристикой атомных часов является низкая систематическая погрешность при измерении времени. Физики из Сингапура создали новые атомные часы на основе лютеция, а не цезия-133. Лютеций – это химический элемент с атомным номером 71, который завершает ряд лантаноидов в периодической таблице, что делает его менее подверженным нежелательным колебаниям. Кроме того, он практически не реагирует на тепловое излучение или изменения магнитного поля, что сводит к минимуму вероятность возникновения погрешностей из-за влияния окружающей среды.

Частота колебаний лютеция примерно в 10 000 раз превышает частоту колебаний цезия, что делает его, как говорят ученые, идеальным атомом для сверхточного и надежного измерения времени.

Но лютеций является самым редким из всех редкоземельных элементов на Земле, а его свойства как измерителя времени изучены хуже всего. Но ученые говорят, что они добились успеха, ведь им удалось создать самые точные часы в мире. Эксперименты показали, что атомы лютеция позволяют снизить уровень неопределенности при измерении времени настолько, что эти часы вошли в число лучших из лучших.

Ранее в этом году китайские физики добились показателя систематической неопределенности 4,4 × 10⁻¹⁹, используя атомные часы на основе ионов кальция. Но атомные часы на основе лютеция показало систематическую неопределенность на уровне всего 1,2 × 10⁻¹⁹. Физики считают, что смогут улучшить этот результат.

Тем временем возникает вопрос: насколько точной должна быть фундаментальная единица времени — секунда? В настоящее время она определяется как 9 192 631 770 периодов колебаний излучения, возникающего при переходе атома цезия-133 между энергетическими состояниями под воздействием микроволн.

Авторы исследования считают, что лютеций сможет обеспечить более высокую точность определения продолжительности секунды.

Другие новости науки

• Новый тип "активной материи": с помощью света ученые нарушили третий закон Ньютона.