25 февраля 2022

Атомные часы доказали гравитационное замедление времени

Гравитационное замедление времени – это физическое явление, которое заключается в изменении темпа хода часов в гравитационном потенциале

Ранее это удалось доказать измерив замедление времени двух атомных часов, расположенных друг над другом на расстоянии всего 33 см. Даже на таком небольшом расстоянии часы смогли обнаружить заметные изменения гравитации. Однако наличие двух отдельных атомных часов, расположенных близко друг к другу, физически невозможно. По этой причине авторам исследования пришлось разработать новые часы специально для эксперимента. Но что представляют собой эти приборы?

Атомные часы – самый точный прибор для измерения времени. Эти устройства состоят из нескольких частей, а их электроника ответственна за стабильность работы и точность механизма. Несмотря на то, что атомные часы устройства сложные, изготовить их и использовать могут в любой стране мира. Сами по себе эти приборы не тяжелые и небольшие (а определение секунды основано на колебаниях атома цезия).

В ходе нового исследования, опубликованного журнале Nature, ученые уменьшили размер атомных часов. Это стало возможным благодаря замене пружин и шестеренок на специальный механизм, который позволил определять частоту электромагнитного излучения атомов цезия с помощью воздействия на частицы лазерным лучом.

В конечном итоге физики превратили атомные часы в набор из 15 независимых измерительных приборов, удаленных друг от друга на расстоянии шести микрометров. С помощью нового устройства исследователи смогли контролировать перемещение частиц и «послойно» замерить частоту колебаний облака из нескольких сотен тысяч атомов стронция-87, заключенных внутри специальной световой ловушки.

Наиболее важным и захватывающим результатом нашей работы является потенциальная возможность связать квантовую физику с гравитацией, так как частицы распределены в разных местах в искривленном пространстве-времени, – объясняет один из авторов нового исследования Йе Цзюнь из Национального института стандартов и технологий США.

Сопоставив полученные данные авторы работы пришли к выводу, что гравитационное замедление времени можно применить к микрообъектам, которые подчиняются законам квантовой механики. Результаты эксперимента также показали, что не существует никаких препятствий для создания новых часов, которые будут работать в 50 раз точнее всех имеющихся на сегодняшний день устройств.

В будущем физики планируют повысить точность измерений используя атомные часы для наблюдений за тем, как гравитация влияет на работу сложных квантовых систем. Таким образом модернизированные атомные часы позволят добиться более точных данных в будущих исследованиях.