Разработан новый подход для создания сверхточных атомных часов

Ученые НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ совместно с зарубежными коллегами разработали универсальный подход, позволяющий с большой точностью предсказывать свойства часового перехода для многозарядных ионов. Данный метод позволит создать новые атомные часы на основе ионов со сложной электронной структурой. Результаты этой работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Атомные часы – это сверхточная система измерения времени. Маятником в ней могут служить атомы или ионы, охлажденные с помощью специальных электромагнитных ловушек. В последние годы научное сообщество рассматривает многозарядные ионы в качестве перспективной основы для таких часов. Они менее чувствительны к различным внешним возмущениям по сравнению с нейтральными атомами, что позволяет рассчитывать на существенное увеличение точности измерения времени. 

«Мы разработали весьма универсальный подход и опробовали его на ионе иридия Ir¹⁷⁺, который представляет особенный интерес для создания новых атомных часов. В этой работе мы даем теоретические предсказания не только для длин волн электрических дипольных переходов в ионе Ir¹⁷⁺, но и для их вероятностей. Они, кстати, оказались существенно меньше, чем считалось ранее», - пояснил сотрудник лаборатории молекулярных пучков Отделения нейтронных исследований НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ Михаил Козлов. По словам ученого, часовые переходы в атомах крайне слабы, их очень трудно обнаружить без достаточно точных теоретических предсказаний.

Полученные результаты не ограничиваются частным случаем иона Ir¹⁷⁺. Они актуальны для большей части элементов периодической системы Д.И. Менделеева, что дает возможность выбора наиболее перспективного многозарядного иона и проведения необходимых расчетов. Атомные часы - не единственная область применения новой разработки. Она также будет востребована для решения многих задач атомной физики, астрофизики и физики плазмы.
Работа поддержана грантом РНФ.

Справочно:
С 1967 года в международной системе единиц СИ секунда определяется через частоту атомного перехода между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Этот переход лежит в области радиочастот. В последнее десятилетие появились атомные часы на оптических переходах. Благодаря этому точность измерения времени увеличилась на несколько порядков.