Секунда за 80 миллиардов лет

Александр Гурьянов

Современное определение секунды гласит, что она есть интервал 9 192 631 770 колебаний микроволнового излучения определенной длины волны, которое атом цезия-33 излучает или поглощает при переходе между заданными энергетическими уровнями. Этому определению уже более полусотни лет.

Но жизнь требует все более точных измерений и способов синхронизации приборов. Поэтому метрологи договорились к 2030 году перейти на более короткие длины волн. Световые волны атомов стронция или иттербия позволят отмерять меньшие, чем микроволны интервалы времени, а значит, задавать секунду с еще большей точностью.

Однако смена стандарта — это лишь полдела. Для всемирного перехода на новый стандарт надо синхронизировать часы по всей Земле и в ближайшем космосе. И со светом сделать это не так просто, как с микроволнами более низких частот, ведь он сильно поглощается при передаче через атмосферу, а также отклоняется и рассеивается из-за ее турбулентности. Остается полагаться на передачу через волноводы или перемещение заранее синхронизированных приборов, подобно морским хронометрам времен Великих географических открытий.

Очередной шаг к введению новой секунды и дальней сверке часов сделали китайские физики под руководством доктора Пан Ян Вея (Jian-Wei Pan) из Научно-технического университета Китая в Хэфэйе. С помощью переданного по воздуху лазерного излучения они смогли синхронизировать двое часов на расстоянии в 113 километров, что в семь раз больше предыдущего рекорда. Статья о достижении появилась 5 октября в журнале «Nature».

Оно стало возможным благодаря применению чувствительных лазерных приемников, мощных усилителей и излучения в виде стабильных частотных гребенок. Одновременная передача излучения по волноводу показала, что синхронизация в сто раз точнее, чем у атомных часов нынешнего мирового времени. Такая точность в 10-19 означает, что часы могут уйти на секунду друг от друга лишь через 80 миллиардов лет.

Авторы исследования также занимаются квантовой спутниковой связью. Их новая работа дает уверенность в возможности синхронизировать часы геостационарной орбитальной группировки спутников с земными приборами. Кроме прочего, это позволит вести сложные физические эксперименты по изучению гравитационного поля Земли, проверке теории относительности и космологичнеских теорий о темной материи.


Nature 610, 661–666 (2022)

Разные разности
Желтки против пожелтения
Пробы красочного слоя, взятые с картин художников эпохи Возрождения, показали, что в них помимо пигментов и масла присутствуют еще и небольшие следы белка, который мог попасть в краску вместе с желтком. Действительно точно известно, что Леонардо да&n...
Споры против полиуретана
Ученые создали биоразлагаемый материал с помощью почвенных штаммов бактерии Bacillus subtilis, способных разрушать термополиуретан. Решение очень простое — подмешать бактерии к полимерам. Причем не сами бактерии, а их споры, которые остаютс...
Бактериофаги против дезодорантов
Метагеномный анализ кожной флоры позволил найти главного злоумышленника, виновного в резком запахе пота — это бактерии Staphylococcus hominis. Но можно ли от них избавиться, не убивая другие кожные бактерии? Исследователи предложили логичное реш...
Липучка против трипсов
Химики ищут замену инсектицидам, подсматривая за тем, как разные растения сами защищаются от вредных насекомых. Некоторые растения выделяют липкие вещества из так называемых железистых волосков. К ним прилипают насекомые-вредители и погибают. Эта стр...