Найрідкісніший рідкоземельний метал: новий атомний годинник встановив світовий рекорд точності
Вчені вважають, що нові атомні годинники допоможуть ще точніше визначити тривалість секунди.
Фізики з Сінгапуру заявляють, що створили атомний годинник, який є найточнішим у світі. Випробування нового атомного годинника на основі лютецію показали, що він потенційно перевершує за точністю існуючі атомні годинники на основі цезію. Передбачається, що тривалість секунди може бути переглянута. Результати дослідження опубліковано в журналі Nature, пише New Atlas.
Атомні годинники вимірюють час, підраховуючи надточні квантові переходи електронів між енергетичними рівнями в атомах. Електрони в атомах цезію-133 найкращих атомних годинників знаходяться на певних орбітах і мають конкретний запас енергії. Під час опромінення атомів мікрохвилями певної частоти електрони переходять на вищий енергетичний рівень. Таким чином, електрони в атомах починають коливатися між квантовими станами з постійною частотою. У такий спосіб можна отримати найточніший час.
Важливою характеристикою атомного годинника є низька систематична похибка під час вимірювання часу. Фізики з Сінгапуру створили новий атомний годинник на основі лютецію, а не цезію-133. Лютецій — це хімічний елемент з атомним номером 71, який завершує ряд лантаноїдів у періодичній таблиці, що робить його менш схильним до небажаних коливань. Крім того, він практично не реагує на теплове випромінювання або зміни магнітного поля, що зводить до мінімуму ймовірність виникнення похибок через вплив навколишнього середовища.
Частота коливань лютецію приблизно в 10 000 разів перевищує частоту коливань цезію, що робить його, як кажуть вчені, ідеальним атомом для надточного та надійного вимірювання часу.
Однак лютецій є найрідкіснішим із усіх рідкоземельних елементів на Землі, а його властивості як вимірювача часу вивчені найгірше. Проте вчені стверджують, що їм вдалося досягти успіху, адже вони створили найточніший годинник у світі. Експерименти показали, що атоми лютецію дозволяють знизити рівень невизначеності під час вимірювання часу настільки, що цей годинник увійшов до числа найкращих із найкращих.
Раніше цього року китайські фізики досягли показника систематичної невизначеності 4,4 × 10⁻¹⁹, використовуючи атомний годинник на основі іонів кальцію. Однак атомний годинник на основі лютецію продемонстрував систематичну невизначеність на рівні всього 1,2 × 10⁻¹⁹. Фізики вважають, що зможуть поліпшити цей результат.
Тим часом виникає питання: наскільки точною має бути фундаментальна одиниця часу — секунда? Наразі вона визначається як 9 192 631 770 періодів коливань випромінювання, що виникає під час переходу атома цезію-133 між енергетичними станами під впливом мікрохвиль.
Автори дослідження вважають, що лютецій зможе забезпечити вищу точність визначення тривалості секунди.
Інші новини науки
- Новий тип "активної матерії": за допомогою світла вчені порушили третій закон Ньютона.