В основе атомных часов, как следует из их названия, лежат отдельные атомы, изолированные от окружающей среды. В различных типах часов используются атомы разных типов, и атомы еще других типов используются для проверки точности и стабильности «хода» атомных часов. Не так давно ученые-физики из Национального университета Сингапура обнаружили, что атомы лютеция за счет их некоторых уникальных свойств могут стать основой атомных часов, еще более точных и стабильных, нежели любые из существующих.

Сердцем атомных часов является вакуумная камера с магнитной, электрической или оптической ловушкой, в которую пойман единственный атом. Время от времени в этот атом ударяет импульс лазерного света, под воздействием которого атом начинает колебаться с его собственной резонансной частотой. Большая частота и стабильность этих колебаний обеспечивают точность часов, которые способны отсчитывать промежутки времени в миллиардные доли секунды.

Выбор вида атома определяет точность и стабильность часов. В самых первых часах использовались атомы цезия, колеблющиеся с частотой более 9 миллиардов раз в секунду. В настоящее время больше используются атомы стронция и иттербия, которые колеблются гораздо быстрее, порядка 430 триллионов раз в секунду, позволяя ученым измерять время самых быстротекущих процессов и событий.

Атомы лютеция не обеспечат большей точности хода атомных часов, чем атомы других типов, но они имеют другое большое преимущество. В часах атом должен быть тщательно изолирован от окружающей среды из-за того, что даже самые малые температурные изменения могут вызвать изменения частоты колебания атома. Атомы же лютеция игнорируют температурные изменения в большей степени, чем атомы других типов.

За шесть месяцев исследований сингапурские исследователи выяснили, что атомы лютеция менее всего подвержены влиянию температурных изменений. Благодаря этому часы, в которых будут использоваться такие атомы, станут несколько более точными и в еще большей мере стабильными, что позволит использовать их в самых различных областях, а не только в помещениях специализированных лабораторий.

«Выбор атомов для часов всегда зависит от того, насколько эти атомы нечувствительны к разным факторам окружающей среды» – рассказывает Мюррей Барретт (Murray Barrett), ведущий исследователь, – «И я назвал бы лютеций своего рода чемпионом в этом классе».