Установлен новый рекорд точности оптических часов, приближающий переопределение секунды

Исследовательская группа из VTT MIKES (Финляндия) установила новый рекорд в измерении абсолютной частоты оптических часов, используя стронциевые часы на одиночном ионе. Устройство продемонстрировало исключительно низкую систематическую погрешность и высокую стабильность работы, что является важным шагом на пути к переопределению официальной единицы времени — секунды.

(a) Частичная схема энергетических уровней иона ⁸⁸Sr⁺. (b) Экспериментальная установка с лазером для часов, частотной гребёнкой, водородным мазером (HM) и геодезическими GNSS-приёмниками для передачи времени. Автор: Physical Review Applied (2025). DOI: 10.1103/czlf-bfvp

Секунда, как основная единица времени в Международной системе единиц (СИ), впервые за десятилетия готовится к обновлению своего определения. В основе изменений будут лежать оптические часы, которые на порядки превосходят по точности нынешний стандарт, основанный на цезиевых атомных часах.

Финским учёным удалось создать оптические часы на одиночном ионе стронция (⁸⁸Sr⁺) с рекордно низкой систематической погрешностью в 7,9×10⁻¹⁹. В течение 10 месяцев частота этих часов сравнивалась с Международным атомным временем (TAI) с впечатляющей доступностью (uptime) в 84%. Общая неопределённость этого измерения составила всего 9,8×10⁻¹⁷, и, как отмечают исследователи, этот предел был обусловлен именно цезиевыми часами, которые в настоящее время определяют секунду и калибруют TAI. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Applied.

Зачем нужна сверхточная секунда?

Точный отсчёт времени является фундаментом современного цифрового общества, обеспечивая работу интернета, научных исследований, систем навигации (GPS, ГЛОНАСС) и безопасных финансовых транзакций. Прорыв VTT выводит Финляндию в авангард глобальных усилий по синхронизации эталонов времени с потребностями технологического прогресса.

«Оптические часы с низкой систематической погрешностью, высокой надёжностью и преемственностью по отношению к текущему цезиевому определению — это одни из критериев, которые должны быть выполнены перед возможным переопределением. Наша работа внесла значительный вклад в их достижение», — говорит Томас Линдвалл, старший научный сотрудник VTT MIKES.

Ожидается, что новое международное определение секунды на основе оптических часов будет принято в течение следующего десятилетия.

Больше информации: T. Lindvall et al, ⁸⁸Sr⁺ optical clock with 7.9 ×10^-19 systematic uncertainty and measurement of its absolute frequency with 9.8 ×10^-17 uncertainty, Physical Review Applied (2025). DOI: 10.1103/czlf-bfvp