Атомные часы используются во всем мире довольно давно и успешно. Но то, что журналистам показали в лаборатории Физического института, принципиально отличается от всего созданного в этой области до сих пор. Уникальность оптических атомных часов новейшего поколения заключается в использовании атомов тулия — будучи устойчивым к внешним воздействиям, тулий дает частоту колебаний, на порядок большую, чем у «обычных» моделей (на атомах цезия) — свыше 230 трлн в секунду.
О механизме действия оптических атомных часов и об особенностях разработки, а также о сферах применения оптических атомных часов мы говорили с член-корр. РАН Николаем Николаевичем Колачевским, руководителем проекта и директором Физического института имени П.Н. Лебедева РАН. Помогали ему участники эксперимента — студенты и аспиранты ФИАН — Гульнара Вишнякова, Елена Калганова, Артем Головизин, Дмитрий Трегубов и другие.
«Наша группа впервые в мире использовала именно атомы тулия, поскольку этот элемент демонстрирует необычайно высокую точность (свыше 17 знаков после запятой!) по сравнению с цезиевыми фонтанами предыдущего поколения. Собственно с изучения свойств тулия и началась наша работа. Мы опирались также на теорию давления света на газы, выведенную великим российским ученым Петром Лебедевым. То есть в данном случае теория была первична», — рассказал Николай Колачевский.
Экспериментальная модель будущего устройства сегодня состоит из двух частей: собственно «механизма» и «циферблата». Принцип работы механизма (естественно, довольно схематично) можно описать следующим образом.
Благодаря устойчивости к внешним воздействиям тулий демонстрирует необычайно высокую частоту колебаний — свыше 230 трлн в секунду. Этот показатель на порядок превосходит лучшие из работающих образцов. Облачко холодных атомов тулия захватывается в перекрестье лазерных пучков, затем «замораживаются» практически до полной остановки движения — это и есть сверхточный «маятник».
Затем происходит сканирование полученной частоты колебаний. Захваченные «часовым» лазером атомы взаимодействуют с его излучением и передают ему свои свойства. Эти свойства «считывает» оптический дешифратор, или световая шкала (находится в части «циферблата»), роль которого выполняет так называемая «оптическая гребенка». Световая шкала отчасти напоминает привычную всем линейку, только вместо 100 миллиметровых делений она имеет свыше 1 млн штрихов, что позволяет ей из тончайших «полосок» спектра сложить полную картинку. (За это изобретение германский физик Теодор Вальтер Хэнш получил в 2013 году Нобелевскую премию). После этого данные передаются на компьютер и визуализируется в привычной системе координат.
Н.Н. Колачевский уверен, что оптические атомные часы будут востребованы не только в научной, но в повседневной бытовой практике:
— Осмелюсь утверждать, что полученные результаты эксперимента соответствуют ожиданиям — запрос, безусловно, есть. Наиболее очевидная сфера применения — навигация, где атомные часы уже успешно применяются. Однако оптические часы позволят осуществлять движение во взаимодействии с гравитационными полями Земли, что открывает совершенно новые возможности трехмерной навигации. Этот момент очень важен при движении самолетов, судов, подводных лодок.
Но и в автомобильном движении изобретение российских ученых найдет достойное применение — оно даст возможность создания беспилотного автомобиля, по примеру известной модели концерна «Тесла».
Что для этого нужно? Прежде всего, сделать устройство более компактным — сейчас стоит задача уместить его в размеры стандартного кейса. Дальше остается вопрос технологий — выпуск пробной модели, испытания, сертификация, производство, использование. И хотя, к сожалению, нередко полезные и нужные изобретения не всегда находят применение, Николай Николаевич уверен, что у оптических атомных часов все сложится. «Я уверен, что это вопрос самого ближайшего будущего, буквально нескольких лет. Рискну сделать даже более точный прогноз — где-то к 2020 году может начаться серийный выпуск и массовое применение оптических атомных часов» — сказал он.
Список сюжетов и публикаций:
НТВ: сюжет «В Москве запустили самые точные в мире часы, созданные российскими учеными» http://www.ntv.ru/video/1312411/
1 канал: сюжет «Российские ученые предложили самые точные часы в мире» http://www.1tv.ru/news/2016/09/13/309898-rossiyskie_uchenye_predlozhili_samye_tochnye_chasy_v_mire
5 канал: сюжет «Российские ученые создали одни из самых точных часов в мире» http://www.5-tv.ru/news/110422/
REN.TV: сюжет «В России запустили самые точные в мире атомные часы» http://ren.tv/novosti/2016-09-14/v-rossii-sozdali-samye-tochnye-v-mire-atomnye-chasy
телеканал 360: новость «Российские ученые запустили самые точные в мире часы в Москве» http://360tv.ru/news/rossijskie-uchenye-zapustili-samye-tochnye-v-mire-chasy-v-moskve-71900/
