Оптические решётчатые часы (ОРЧ) — одни из самых точных атомных часов в мире. Основной источник неопределённости в их работе — это излучение абсолютно чёрного тела (ИЧТ).
Теперь Юсуф Хассан из Национального института стандартов и технологий в Колорадо и его коллеги продемонстрировали криогенные ОРЧ с защитным экраном от радиации, который 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 одномерную решётку, сформированную лазерным лучом. Второй (часовой) луч, частоту которого можно настраивать, возбуждает атомы до определённого квантового состояния. Частота часового луча, при которой максимальное количество атомов совершает 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, блокирование внешнего излучения при комнатной температуре — задача не из лёгких, поскольку экспериментальной камере нужны отверстия для загрузки атомов и подачи лазерных лучей.
Команда разработала защитный экран от радиации 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 излучение при комнатной температуре.
Небольшое количество внешнего 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 было бы без экрана.
— Дэвид Эренштейн,
старший редактор журнала Physics Magazine.