Оптические решётчатые часы (ОРЧ) относятся к одним из самых точных атомных часов в мире. Основной источник неопределённости в их работе — это вездесущее излучение абсолютно чёрного тела (ИЧТ).
Теперь Юсуф Хассан из Национального института стандартов и технологий в Колорадо и его коллеги продемонстрировали криогенные ОРЧ с радиационной защитой, которая практически устраняет неопределённость, связанную с ИЧТ. Ожидается, что такая конструкция ОРЧ позволит значительно повысить точность часов.
Как работают оптические решётчатые часы
В ОРЧ сотни или десятки тысяч атомов выстраиваются в одномерной решётке, образованной лазерным лучом. Второй (часовой) луч, частоту которого можно настраивать, возбуждает атомы до определённого квантового состояния. Частота часового луча, максимизирующая количество атомов, совершающих переход, определяет «частоту тиканья» ОРЧ.
ИЧТ нарушает квантовые состояния атомов и снижает точность ОРЧ.
Решение проблемы ИЧТ
Хассан и его коллеги подавляют ИЧТ, охлаждая непосредственное окружение атомов до 77 К. Хотя криогенные ОРЧ не являются новинкой, блокировка внешнего излучения при комнатной температуре является сложной задачей, поскольку экспериментальная камера должна иметь отверстия для загрузки атомов и подачи лазерных лучей.
Команда разработала радиационную защиту с двумя основными компонентами — неподвижной внешней структурой и вращающейся внутренней сферой. При подготовке атомов сфера ориентируется так, что несколько отверстий совпадают с окнами и отверстиями во внешней структуре. Но перед включением часового луча сферу поворачивают, чтобы заблокировать почти всё внешнее ИЧТ при комнатной температуре.
Небольшое количество ИЧТ всё ещё проникает через два окна на противоположных сторонах сферы, которые необходимы для решётки и часовых лучей. Однако малые размеры окон и низкое инфракрасное пропускание стекла приводят к подавлению внешнего ИЧТ примерно до одной миллионной доли от того количества, которое присутствовало бы без защиты.
Дэвид Эренштейн
Дэвид Эренштейн — старший редактор журнала Physics Magazine.