Ученые создали атомные часы для поиска темной материи

Ученые из Национального института стандартов и технологий США (NIST) в Боулдере разработали двойные атомные часы. Специалисты в статье в журнале Nature Photonics утверждают, что система поможет в поисках таинственной темной материи, которая пролетает через нашу планету.  

В атомных часах ионы располагаются в электромагнитной ловушке. Они охлаждены до температур, близких к абсолютному нулю. Выстреливая в ионы из лазера, ученые заставляют частицы колебаться между нормальным и возбужденным энергетическим состояниями.

Атомные часы могут ошибаться на секунду за миллиарды лет
Двойные атомные часы построили на базе атомов иттербия – вещество заменило цезий и другие щелочные металлы. Кроме того, использовали специальную клетку из лазерных лучей.  

В лазерной клетке содержатся десятки тысяч атомов. Под действием лазерных импульсов они резонируют  с частотой 518 трлн раз в секунду, причем поведение атомов не зависит от других внешних факторов.

В сравнении с атомными часами, существовавшими ранее, новая технология ускорила работу системы измерения времени в десять раз. Убрав главный источник шума Дика (колебаний в частоте лазерных импульсов), ученые сделали их сигнал значительно четче. За счет этого точность атомных часов повысилась – теперь допускается лишь полторы ошибки на квинтильон «тиканий», а это несколько тысяч секунд.

Автором идеи стал физик Эндрю Ладлоу. Он заметил, что если двое атомных часов, в которых атомы колеблются на разных частотах, совместить между собой, то шум Дика практически полностью подавляется. Ученые смогли «отлавливать» ошибки в работе часов, сравнивая между собой время реакции атомов при отправке импульсов с одного и того же лазера.

Исследователи достигли многого – устранение проблем позволит использовать двойные атомные часы для поиска и раскрытия сути темной материи. На нее, согласно теоретическим выкладкам, приходится 75% массы Вселенной.

Российские физики Андрей Деревянко и Максим Поспелов в 2014 году доказали, что когда крупные «комки» темной материи пролетают через Землю, течение времени в местах, сквозь которые они пролетели, замедляется. Уловить такие аномалии и подтвердить существование темной материи смогут только двойные атомные часы.

Однако дальше повышать точность системы мешают сами атомы. Из-за их квантовых свойств ученые не могут точно определить положение и замерить расстояние, которое проходят излучаемые ими фотоны.