У Сполученому Королівстві розроблено надточний портативний атомний годинник, який має розміри, що в двадцять разів менші за попередні моделі.
Науковці з Національної фізичної лабораторії Великої Британії (NPL) створили компактний атомний годинник типу "фонтан", який демонструє таку ж точність, як і більші моделі. Його розміри складають лише приблизно 5% від традиційного атомного годинника, а система вакууму зменшилася у 20 разів, що робить пристрій легким і зручним для перенесення в одній руці.
Про це пише видання Interesting Engineering.
Попри зменшення, атоми в цьому годиннику проводять у мікрохвильовій камері стільки ж часу, як і в великих моделях. Це дозволяє зберігати надвисоку точність -- до однієї частки на 10¹⁵. Керівник дослідження Сем Волбі пояснив, що завдяки радикальному спрощенню та зменшенню конструкції надточні технології вимірювання часу стають доступними не лише для національних лабораторій і можуть використовуватися для стійкої інфраструктури та навігаційних систем нового покоління.
Атомні годинники вимірюють час за частотою електромагнітного випромінювання, яке поглинають і випромінюють атоми. Сьогодні секунда визначається через певний мікрохвильовий перехід в атомах цезію. У класичних моделях атоми проходять через мікрохвильову камеру, а система підлаштовує частоту так, щоб вона збігалася з атомним переходом. У "фонтанних" годинниках атоми охолоджують лазерами та запускають угору, щоб вони двічі проходили через камеру -- під час підйому і падіння, що підвищує точність.
Колектив NPL розробив рубідієвий фонтанний годинник, висота якого складає всього 80 сантиметрів, при цьому зберігши 30-сантиметрову траєкторію атомів. Це дозволило зменшити об'єм пристрою до 5% від традиційного цезієвого фонтанного годинника, роблячи його більш компактним та зручним для транспортування.
Досягнення мініатюризації стало можливим завдяки відмові від двох традиційних складових. Тепер вимірювання квантових станів атомів виконується безпосередньо в охолоджуваній камері, а підготовка атомів до необхідного стану здійснюється за допомогою спеціального адаптера, який генерує мікрохвильовий сигнал потрібної частоти прямо у цій камері. Крім того, було спрощено оптичну систему, зменшено магнітний захист і впроваджено більше комерційних компонентів, що сприяло полегшенню експлуатації та обслуговування.
Згідно з даними NPL, цей годинник здатен функціонувати як надзвичайно стабільний резервний пристрій, забезпечуючи похибку часу менше двох наносекунд на місяць. Його планують використовувати в якості вторинного еталону частоти для відтворення секунди в системі SI. Висока стабільність і точність цього пристрою є критично важливими для систем позиціювання, навігації та синхронізації часу, особливо в умовах зростання загроз збоїв супутникових систем і кібератак.
