Атомные часы стали чувствительнее в 100 раз — и взялись за темную материю. Охота на новую физику началась
NewsMakerИттербий сузили до 80 герц — теперь он ловит частицы за пределами Стандартной модели.
Атомные часы давно стали не только эталоном времени, но и инструментом, с помощью которого физики проверяют устройство мира почти на пределе доступной точности. Теперь международная группа исследователей впервые использовала редкий орбитальный переход в атомах иттербия и построила на его основе новый тип часов, который сочетает высокую точность с повышенной чувствительностью к тонким физическим эффектам.
Принцип работы атомных часов давно известен. Электрон в атоме переводят на более высокий энергетический уровень, а затем измеряют частоту перехода между двумя состояниями. Поскольку такие колебания почти не меняются, атомные часы остаются самыми точными приборами для измерения времени. Самые совершенные современные системы используют атомы, удерживаемые в оптической решетке, то есть в периодической структуре из светлых и темных областей, которую создают пересекающиеся лазерные лучи. Такие часы работают на оптических частотах, где счет идет на сотни триллионов колебаний в секунду. По точности они давно обошли старые схемы, работавшие в микроволновом диапазоне.
Именно такая точность позволила использовать атомные часы не только для хронометрии, но и для фундаментальной физики. По ним проверяют, насколько точно работают известные законы, не меняются ли со временем фундаментальные константы и не скрываются ли в данных слабые отклонения от Стандартной модели. Еще в 2018 году теоретики предложили пойти дальше и использовать для этого необычный переход в атомах иттербия. Речь идет о переходе между конфигурациями, в которых участвует электрон внутренней оболочки, находящийся глубоко внутри атома. С одной стороны, такой переход трудно приручить экспериментально. С другой, именно он должен сильнее реагировать на эффекты, которые физики особенно хотят уловить, включая возможные следы темной материи.
Команда Таики Исиямы впервые увидела такой переход в 2023 году, позже похожие результаты получили и другие группы. Но разрешение измерений оставалось намного хуже, чем у современных оптических часов. Главная проблема скрывалась в самой оптической решетке. Лазерный свет, который удерживает атомы, одновременно сдвигает их энергетические уровни. Из-за этого измеряемая частота смещается, а спектральная линия получается слишком широкой. Для часов, где важна почти ювелирная точность, размытость становится серьезным ограничением.
Атомные часы давно стали не только эталоном времени, но и инструментом, с помощью которого физики проверяют устройство мира почти на пределе доступной точности. Теперь международная группа исследователей впервые использовала редкий орбитальный переход в атомах иттербия и построила на его основе новый тип часов, который сочетает высокую точность с повышенной чувствительностью к тонким физическим эффектам.
Принцип работы атомных часов давно известен. Электрон в атоме переводят на более высокий энергетический уровень, а затем измеряют частоту перехода между двумя состояниями. Поскольку такие колебания почти не меняются, атомные часы остаются самыми точными приборами для измерения времени. Самые совершенные современные системы используют атомы, удерживаемые в оптической решетке, то есть в периодической структуре из светлых и темных областей, которую создают пересекающиеся лазерные лучи. Такие часы работают на оптических частотах, где счет идет на сотни триллионов колебаний в секунду. По точности они давно обошли старые схемы, работавшие в микроволновом диапазоне.
Именно такая точность позволила использовать атомные часы не только для хронометрии, но и для фундаментальной физики. По ним проверяют, насколько точно работают известные законы, не меняются ли со временем фундаментальные константы и не скрываются ли в данных слабые отклонения от Стандартной модели. Еще в 2018 году теоретики предложили пойти дальше и использовать для этого необычный переход в атомах иттербия. Речь идет о переходе между конфигурациями, в которых участвует электрон внутренней оболочки, находящийся глубоко внутри атома. С одной стороны, такой переход трудно приручить экспериментально. С другой, именно он должен сильнее реагировать на эффекты, которые физики особенно хотят уловить, включая возможные следы темной материи.
Команда Таики Исиямы впервые увидела такой переход в 2023 году, позже похожие результаты получили и другие группы. Но разрешение измерений оставалось намного хуже, чем у современных оптических часов. Главная проблема скрывалась в самой оптической решетке. Лазерный свет, который удерживает атомы, одновременно сдвигает их энергетические уровни. Из-за этого измеряемая частота смещается, а спектральная линия получается слишком широкой. Для часов, где важна почти ювелирная точность, размытость становится серьезным ограничением.