Команда учёных под руководством Тайки Исиямы (Taiki Ishiyama) из Киотского университета представила новый подход к атомным часам. Они использовали редкий орбитальный переход в иттербии, чтобы повысить чувствительность измерений и одновременно сохранить точность, что важно для проверки фундаментальных теорий.
Изображение: Phys.org
Атомные часы измеряют время через частоту переходов между энергетическими уровнями электронов. Чем стабильнее эти колебания, тем точнее результат. Сейчас лидируют системы с оптическими решетками, где атомы удерживает структура из лазерного света.
Еще в 2018 году теоретики предложили использовать переход с участием электрона внутренней оболочки. Такой вариант реагирует на тонкие физические эффекты, включая возможные проявления темной материи. Но на практике добиться нужной точности оказалось сложно: лазерный свет, удерживающий атомы, смещал их энергетические уровни и приводил к увеличению ширины спектральной линии.
Команда изменила схему эксперимента. Вместо прежнего подхода ученые использовали трехмерную оптическую решетку с так называемой «магической длиной волны» и задействовали высокостабилизированный возбуждающий лазер, что позволило существенно снизить влияние захватывающего света на измерения. В итоге ширина линии сократилась до 80 Гц — это примерно в сто раз уже или на два порядка лучше прежних результатов.
Дальше команда проверила возможности метода. Ученые зафиксировали когерентные колебания, исследовали резонанс Фешбаха и измерили изотопные сдвиги с точностью до миллиардной доли. Это позволяет искать новые частицы — гипотетические бозоны, которые переносят взаимодействия между электронами и нейтронами.
Следующая цель — создать часы нового поколения, которые совмещают рекордную точность с поиском физики за пределами известных законов.