Секунда, к которой мы привыкли как к чему-то неизменному, снова готовится поменять «опору». Ученые все ближе к тому, чтобы заменить нынешний эталон на оптические атомные часы, которые уже сегодня показывают точность, недоступную лучшим «микроволновым» атомным часам. Об этом говорится в обзорной работе команды из University of Adelaide, подготовленной вместе с National Institute of Standards and Technology и National Physical Laboratory.
Сейчас мировое время считается не по одному прибору. Шкала UTC формируется на основе примерно 450 атомных часов в почти 85 лабораториях по всему миру. Но технология оптических часов развивается так быстро, что в ближайшие годы они могут стать новым «золотым стандартом», если удастся закрыть ряд инженерных и организационных вопросов. Соавтор обзора профессор Andre Luiten отмечает, что за последнее десятилетие оптические атомные часы превратились в один из самых точных измерительных инструментов, созданных человеком, и в отличие от многих классических решений уже начинают выходить за пределы лабораторий.
Принцип работы здесь опирается на «идеальную» стабильность атомов. В оптических часах используют захваченные и охлажденные лазером ионы или атомы. Их многократно «подсвечивают» лазером, и атомы откликаются только на строго определенной частоте. Эту частоту переводят в равномерные «тики», которые и дают исключительно точный ход времени. Еще десять лет назад такие установки не влияли на поддержание международного времени, а теперь, по словам авторов, как минимум десять оптических часов уже получили одобрение для практического применения в этой системе. Результаты обзора опубликованы в журнале Optica.
Интересно, что ставки тут не только про «точнее измерять секунду». Авторы выделяют и прикладные сценарии. Например, оптические часы могут стать сверхчувствительными датчиками гравитации и помочь создать международную систему высот, не привязанную к уровню моря. А еще их чувствительность делает их инструментом для проверок фундаментальной физики, вплоть до поисков эффектов, которые связывают с темной материей. Отдельная практическая идея связана со спутниками: оптические часы могут поддерживать точное время в периоды сбоев навигации, например во время солнечных бурь или при целевых атаках на инфраструктуру. Этот сценарий уже подогревает коммерческий интерес, в том числе со стороны QuantX Labs.
При этом до «переписывания секунды» еще нужно дойти технически и процедурно. Многие оптические часы пока работают не непрерывно, а с паузами. Нужно также решить, на чем именно основывать новую секунду: на одном типе оптических часов или на «наборе» разных, и провести прямые сравнения, чтобы убрать сомнения в воспроизводимости. Есть и приземленная проблема, цепочки поставок критических компонентов пока развиты слабо, из-за чего системы остаются дорогими. Но ведущий автор обзора Tara Fortier подчеркивает, что прогресс в смежных областях, включая квантовые технологии и бионауки, может ускорить удешевление и распространение оптических часов. По оценке исследователей, за десятилетия точность таких часов улучшалась более чем в сто раз за каждые десять лет, и именно эта скорость прогресса делает переход к новому эталону уже не теорией, а вопросом ближайшего будущего.