Стронциевые атомные часы. Фото: Н. Веденеева
Обычному пользователю наручных часов, как мы с вами, достаточно исчисления времени с точностью до минуты. То есть нам для того, чтобы не опаздывать на работу, хватает обычных механических часов. Так бы человечество и дальше довольствовалось стандартом в виде обычного маятника, если бы не появились механизмы, нуждающиеся в более точной сверке, к примеру навигационные спутники, требующие точности на уровне наносекунд. Потому были разработаны атомные часы – прибор, в котором в качестве периодического процесса используются периоды изменения состояния атома. В 1967 году все страны мира признали эталоном времени атомы цезия-133. Этот стандарт действует и по сей день: 1 секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения в атомах цезия.
Атомные часы важны в определении положения космических аппаратов, самолётов, подводных лодок и автомобилей. На атомный стандарт равняются все телекоммуникационные компании, включая станции мобильной связи и службы точного времени.
В России формирование единицы секунды и национальной шкалы времени происходит в лаборатории измерительно-вычислительных систем и комплексов Государственного первичного эталона времени и частоты, который располагается во ВНИИ физико-технических и радиотехнических измерений.
Таинство воспроизведения единицы времени происходит здесь на цезиевых атомных часах фонтанного типа. Словно в настоящем водяном фонтане охлажденные атомы цезия подбрасываются в них на двухметровую высоту, там регистрируются, после чего снова летят вниз. Так рождается современная секунда. Погрешность в подсчете периодов атома цезия составляет 1,2 на 10 в минус 16 степени. Такая же погрешность – у эталонов секунды всех ведущих стран мира.
Этот стандарт позволяет сегодня спутниковым навигационным группировкам обеспечивать точность местоположения пользователя до метров. Но ряд стран, и наша в том числе, уже работают над усовершенствованием атомных часов, пытаясь довести точность позиционирования до дециметров. Так называемые стронциевые атомные часы позволяют достигать точности расчета секунды до 10 в минус 18 степени, что более чем на порядок отличается от существующего международного стандарта. В стронции фиксируется другой тип излучения – оптический.
Такие часы, установленные на спутниках, позволят определять положение объекта на Земле с точностью до сантиметров!
Атомные часы фонтанного типа. Фото: Н. Веденеева
То есть не за горами время, когда принятый международный стандарт, определяющий «размер» секунды по цезию, перейдет на оптическое излучение атомов стронция. А может, сразу – на ядра тория?
Что придет на смену стронцию
– Сегодня ученые учитывают все факторы, которые влияют на атом, – говорит директор Физического института им Лебедева РАН Николай Колачевский. – Но на точность таких часов все равно воздействует окружающее пространство. Система, в которой все это располагается, – довольно сложная и хрупкая. Представьте: атомы захватываются лазерными пучками, охлаждаются, подбрасываются вверх, потом опять летят вниз…
Давнишняя мечта метрологов — придумать что-нибудь по точности, сопоставимое с лучшими атомными часами, но чтобы работали они более надежно, к примеру, как часы в смартфоне, невзирая на тряску или скачки температур.
