Российские физики применили схему измерения, основанную на использовании синтетической частоты, к оптическим атомным часам на базе атомов тулия. Они показали, что в этом случае влияние электрических и магнитных полей удается уменьшить и достичь 18 знака после запятой в нестабильности и систематической погрешности.

Работа опубликована в Nature Communications.

Стандарты измерения времени играют важную роль в науке и технике. По мере развития технологий, точность, с которой может быть определена одна секунда, неизменно растет. С некоторого момента ученые стали определять секунду через частоты, соответствующие переходам между атомными уровнями, а устройства, которые позволяют это делать, получили название атомных часов.

Классическими атомными часами считаются часы на основе сверхтонкого перехода в атоме цезия-133 (9,2 гигагерца), которые были созданы еще во второй половине XX века. С тех пор было предложено множество других вариантов атомных часов, чья стабильность, то есть относительное отклонение частоты за некоторый промежуток времени, была улучшена.

Большой прогресс в этом направлении был достигнут при применении переходов, чья частота лежит в оптическом диапазоне. Современные оптические часы на основе оптических решеток вышли на уровень 19 знака после запятой в нестабильности и систематической погрешности, что позволило искать с их помощью тонкие фундаментальные эффекты, в том числе и те, что связаны с релятивизмом и гравитацией.

Главными источниками погрешностей при этом оказались световые поля опрашивающих импульсов и оптических решеток, чернотельное излучение и зеемановские сдвиги. Ученые продолжают поиск схем часов, в которых влияние этих факторов было бы уменьшено.

Российские физики под руководством Николая Колачевского (Nikolai Kolachevsky), директора Физического института имени Лебедева РАН, экспериментально исследовали стабильность оптических часов на основе атомов тулия, в которых измеряется синтетическая частота перехода.