Самые точные часы в мире достигли точности до 19 знаков после запятой

Физик NIST Дэвид Хьюм демонстрирует модифицированную ионную ловушку для алюминиевых ионных часов. Благодаря изменениям в конструкции, ионы алюминия и магния могут «тикать» без помех. Автор: R. Jacobson/NIST

Учёные из Национального института стандартов и технологий (NIST) установили новый рекорд точности атомных часов. Их разработка на основе захваченного иона алюминия достигла точности в 19 знаков после запятой, что на 41% превосходит предыдущий рекорд.

Оптические атомные часы оцениваются по двум ключевым параметрам: «точность» (насколько близко часы измеряют идеальное время) и «стабильность» (как эффективно часы ведут отсчёт). Новый рекорд стал результатом 20 лет непрерывного совершенствования технологии.

«Работать над самыми точными часами в мире невероятно вдохновляет», — говорит Мэйсон Маршалл, ведущий автор исследования. — «В NIST у нас есть возможность реализовывать долгосрочные проекты в области прецизионных измерений, которые расширяют границы физики».

Ион алюминия обладает исключительно стабильной частотой «тикания», превосходя по этому параметру цезий, на котором основано современное определение секунды. Однако алюминий сложно охлаждать лазерами, поэтому учёные использовали «систему напарников», добавив ион магния. Этот метод, называемый «квантовой логической спектроскопией», позволяет контролировать состояние часов через движение магниевого иона.

Для достижения рекордной точности команде пришлось усовершенствовать каждый компонент часов: от конструкции ловушки до вакуумной камеры. Особое внимание уделили стабилизации лазера — ключевого элемента системы. Благодаря сотрудничеству с лабораторией Джуна Йе в JILA, удалось сократить время измерений с трёх недель до полутора дней.

Новые часы не только приближают переопределение секунды, но и открывают возможности для исследований в квантовой физике, геодезии и проверки фундаментальных постоянных природы. «Эта платформа позволяет нам тестировать новые архитектуры часов, включая масштабирование количества ионов и их запутывание», — отмечает аспирантка Вилла Артур-Дворшак.

Дополнительная информация: Mason C. Marshall et al, High-Stability Single-Ion Clock with 5.5×10−19 Systematic Uncertainty, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/hb3c-dk28