Британські вчені в недавньому дослідженні виміряли різницю частот у двох оптичних атомних годинниках на основі заплутаних іонів стронцію і довели, що такі виміри будуть більш точними порівняно з вимірами на не заплутаних (окремих) годинниках.
Атомний годинник попри свою назву мало чим схожий зі звичайними хронометрами, які ми носимо на руках або вішаємо у себе в кімнаті. Такий прилад насамперед націлений на точне вимірювання частоти й використовується для навігації — у космосі та на землі.
Традиційний атомний годинник зазвичай покладається на збудження атомів на точних частотах — в оптичних же годинниках використовується мережа лазерних променів для захоплення та ізоляції окремих атомів, що дозволяє вченим проводити більш надійні вимірювання.
Однак і у випадку з оптичними атомними годинниками на точність можуть впливати шуми, особливо флуктуація фази лазера. Чимало ранніх досліджень було зосереджено на тому, щоб цей вплив мінімізувати – зокрема й шляхом багаторазового виміру частоти. Цей підхід, на жаль, стикається з похибкою, що вноситься одноразовим виміром та обумовленою стандартною квантовою межею, тобто впливом виміру на сам об’єкт.
У команди фізиків з Оксфордського університету під керівництвом Крістофера Балланса і Девіда Лукаса виникла ідея спочатку заплутати атомні годинники й вже тоді виміряти різницю їх частот лазером. Раніше групі вже вдавалося досягти заплутаності годинників на мікроскопічній відстані, проте цього разу пристрої були розділені близько двома метрами, і виявилося, що це ще не межа.
Потенціал дослідження величезний: що точніше людству вдасться виміряти хід часу, то більше в нас з’явиться можливостей розгадати найбільші таємниці всесвіту. Наприклад, якщо вдасться створити велику мережу атомних годинників і поширити їх у космосі — можливо вдасться сформувати своєрідне перевернуте зображення всесвіту і виявити темну матерію в реальному часі. Корисність такої мережі розглядали дослідники США та Канади ще у 2014 році, докладно описавши у своїй статті пошук темної матерії на основі синхронізованих атомних годинників:
«Коли протяжний об’єкт темної матерії пройде через мережу, спочатку синхронізовані годинники розсинхронізуються. Саме розбіжність у часі між розділеними простором годинниками продемонструє виразну сигнатуру, що «кодує просторову структуру дефекту та силу його взаємодії з атомами».
Якщо темна матерія справді існує, недавній прорив команди Оксфорда може стати найважливішим кроком для її виявлення. Однак і у разі її відсутності, підвищення точності атомного годинника буде корисним у багатьох галузях.
Джерело: Thenextweb, Nature