Команда ученых Института лазерной физики СО РАН (ИЛФ СО РАН) вместе с ведущими специалистами Национального института стандартов и технологий США и французского исследовательского центра Фемто-СТ разработала прогрессивную методику снижения ошибок атомных часов. Этот международный проект открывает новые перспективы для повышения точности хронометрии, которая важнейшая в различных современных высокотехнологичных областях.
Зачем совершенствовать атомные часы
Атомные часы сегодня служат эталонами точности временных и частотных измерений. Как отмечает доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник ИЛФ СО РАН Валерий Юдин, разница во времени, накопившаяся за всю историю Вселенной при работе таких часов, была бы меньше доли секунды — настолько они совершенны. Благодаря им координируется навигация ГЛОНАСС и GPS, а также поддерживается синхронизация технологических систем на орбите и на Земле. Стремление к идеалу — уменьшить остаточные погрешности, неизбежные даже в столь совершенных системах.
Отклонения становятся критичными при построении новых поколений геоинформационных сервисов и научных экспериментов, когда точность позиционирования должна достигать сантиметров и даже менее. Валерий Юдин подчеркивает, что дальнейшее развитие атомных часов позволит получать еще более точные координаты и результаты научных исследований.
Проблема полевого сдвига и её решение
Современные атомные часы характеризуются феноменальной стабильностью — отклонения составляют лишь 10-16–10-18. Однако тонкие эффекты, например полевой сдвиг, влияющий на частоту атомных переходов, могут стать лимитирующим фактором. Полевой сдвиг — результат воздействия локального электромагнитного поля, создаваемого осциллятором, основной частью часового устройства. Такие воздействия смещают настройку атомной частоты, что и приводит к микроскопическим, но значимым ошибкам.
Чтобы нивелировать этот эффект, ученые разработали оригинальный подход: они вносят искусственный "антисдвиг", который идентичен по величине, но противоположен по знаку возникающему полевому сдвигу. Это позволило достичь их практически полной компенсации и существенно повысить точность работы часов.
Лазерные и цифровые технологии в основе метода
Важную роль в реализации новой методики сыграли преимущества лазерной техники. Лазеры способны создавать стабильные частоты, необходимые для создания антисдвига. Исследовательская команда внедрила инновационный принцип двухступенчатой обратной связи: первая петля обеспечивает стабилизацию лазерной частоты, а во второй — достигается точное взаимное уничтожение полевых сдвигов благодаря специально запрограммированному лазерному импульсу с отрицательным смещением частоты.
Главное преимущество предложенного метода, по словам Валерия Юдина, заключается в его технологической простоте и цифровой природе. Такой цифровой формат позволяет сразу проверить корректность расчетов, просто задав нужные параметры лазера — решение оперативно демонстрирует результат на практике.
Международное сотрудничество и перспективы внедрения
Международный исследовательский союз специалистов из России, США и Франции подчеркивает, что дальнейшее продвижение метода уже выходит на стадию прикладных экспериментов. Ученые будут совместно тестировать технологию, определять наиболее эффективные способы её внедрения для атомных часов различных конструкций. По мнению Валерия Юдина, подобная междисциплинарная работа и объединение лучших научных практик ускоряет прогресс в хронометрии и помогает создавать устройства, способные стать основой для технологических разработок будущего.
Технологии для будущих поколений
Создание надежных и исключительно точных атомных часов позволит существенно поднять качество современных систем навигации, телекоммуникаций и фундаментальных научных исследований. Внедрение новых цифровых подходов, базирующихся на лазерной спектроскопии, открывает путь к миниатюризации и применению атомных эталонов в самых разных отраслях — от космической промышленности до бытовой электроники.
Благодаря таким смелым исследованиям, отечественная и мировая наука получает уникальные инструменты для решения сложнейших задач, связанных с синхронизацией, анализом и хранением времени. Это мощный шаг вперед на пути к технологической гармонии и развитию глобальной инфраструктуры.
Источник: scientificrussia.ru
