Сучасний атомний годинник відстежує час, підраховуючи коливання світла, що поглинається атомами цезію. Це світло коливається мільярди раз на секунду. Тепер мініатюрна версія атомного годинника, що називається оптичним годинником, використовує світло, налаштований на атоми рубідію, з коливаннями трильйони раз на секунду. Поділ часу на такі короткі інтервали дозволяє цим атомним годинникам зберігати час набагато надійніше, ніж іншим, повідомляють дослідники у виданні Optica.
Зазвичай камера для атомів в основі оптичного годинника може мати метр в поперечнику. Новий міні-оптичний годинник використовують атомну камеру всього 3 міліметри в поперечнику, встановлену на кремнієвому чіпі. «Я був дуже здивований, що вдалося виготовити оптичний годинник такого розміру», - каже Сільвіо Коллер, який працював над оптичним годинником у Національному інституті метрології Німеччини в Брауншвейгу.
«Маятник» всередині нового оптичного годинника - це лазер, налаштований на частоту близько 385,285 терагерця, тобто світло коливається 385,285 трильйонів раз на секунду. Щоб переконатися, що коливання лазера не випадають з ритму, половина променя потрапляє в крихітну камеру атомів рубідію, які поглинають світло саме на цій частоті. Спостереження за тим, чи поглинають атоми рубідію світло, каже лазеру, чи потрібно йому трохи набирати частоту вгору або вниз, щоб точніше стежити за часом.
Сучасна електроніка насправді не може порахувати всі окремі 385-терагерцеві імпульси цього лазера, тому що вони занадто швидкі, говорить співавтор дослідження Закарі Ньюман, фізик з Національного інституту стандартів і технологій в Боулдері.
Тому в оптичних годинах використовуються два компоненти, звані частотними гребенями, які також встановлені на крихітних чіпах, для перетворення швидких ударів лазера в більш повільні лічильні такти. Це працює аналогічно тому, як набір шестерень може перетворити швидке обертання маленького диска на більш повільне обертання більшого.
Оптичний годинник зрештою виробляв такти з частотою 22 гігагерці - приблизно вдвічі швидше, ніж у хронометрів на основі цезію. Але оскільки гігагерцеві такти оптичних годин засновані на набагато коротших, терагерцових, вони набагато точніші, ніж гігагерцеві такти цезієвих годинників. Тривалість кожної секунди, що відраховується оптичними годинами, відповідала один одному, приблизно до п'яти трильйонних часток секунди, це приблизно в 50 разів краще, ніж нинішні години на основі цезію.
Незважаючи на те, що новий оптичний годинник має значно менші розміри порівняно зі своїми попередниками, він все ще не є кишеньковим годинником. Атомна камера у вигляді чіпа і частотні гребінки підключені до допоміжної електроніки, яка займає багато місця. «Зрештою ми хочемо, щоб ця технологія була по-справжньому портативною і працювала від батареї», - кажуть дослідники.
