Новые часы используют массу атома

Оказывается, о времени можно судить по калибровке веса частицы. Недавно разработанные атомные часы измеряют время расчётом массы одного атома. Новое исследование довольно спорное, но может предоставить учёным более точные методы измерения времени и массы.

"Это первые часы, основанные на одной частице",- говорит Хольгер Мюллер, физик из Университета Калифорнии, Беркли. "Расчёт их тиканья основан только на массе частицы".

Идея часов вытекает из принципа, что квантовые частицы также ведут себя как волны, и наоборот. В частности, Мюллер и его коллеги хотели определить, как формируются волны одного колебания атома, количество которых в квантовой механике непосредственно связано с массой атома. Затем исследователи могли бы использовать эти колебания как колебания маятника для создания часов.

Загвоздка расчётов Мюллера в том, что невозможно непосредственно измерить частоту колебаний волн материи. Частота этих волн составляет около 10²⁵ герц, на 10 порядков выше, чем у видимого света волны. Таким образом, Мюллер и его коллеги придумали устройство, которое создает два набора волн - один на основе атома цезия в покое, а другой на движении атома. Исследователи измерили разницу частоты между волнами, а затем использовали это число, примерно 100000 герц, чтобы вычислить гораздо большую частоту колебаний цезия в покое.

При таком подходе, Мюллер был в состоянии использовать частоты волны атома цезия, чтобы создать часы, которые бы могли ошибаться только после восьми лет. Это лучше, чем наручные часы. Точность 1/100000000 так высока, как лучшие на сегодняшний день атомные часы, которые считают частоту светового излучения от атомов, когда их электроны высвобождают небольшие всплески энергии.

Физики, не участвующие в исследованиях Мюллера, были впечатлены его умной техникой, но скептически относятся к её потенциалу для точного хронометража. "Я думаю, что данные немного преувеличены",- говорит Владан Вулетик, квантовый физик из Массачусетского технологического института.

Другие исследователи имеют более концептуальные возражения: так как нет ничего на этой частоте нет на самом деле, колеблющимся в пределах атома, то это не часы вовсе. "Это может быть часы численные, но это не физические часы",- говорит Кристиан Борде, физик Парижской обсерватории. Простота часов Мюллера является его наиважнейшей чертой: они измеряют внутренние свойства квантового атома, которые зависит только от массы атома.

На самом деле, связь между частотой и массой, используемая в изобретении Мюллера, может оказаться наиболее полезна в качестве шкалы для измерения массы. Учёные предполагают, что килограмм, базовая основа масса, а точнее эталон из металла, хранящийсяво Франции - скорее всего, набирает вес от загрязнения. Международная Генеральная конференция по мерам и весам, во главе с Борде, хочет заменить этот артефакт с килограмма на стандарт, основанный на фундаментальных физических константах.

Мюллер говорит, что он может сделать это путём измерения частоты волн материи, чтобы точно определить массу атома. Однажды найдя массу одного атома, по его заявлению, можно будет просто связать это с массами других атомов. "Это концепция такова, что физики никогда не думал о ней",- говорит он. "Эта частота была не измерена до сих пор."