Ученые НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ открыли новые подходы к разработке атомных часов

Вторник, 19 мая 2020

Сотрудники НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ совместно с зарубежными коллегами разработали универсальный подход, который существенно увеличивает возможности надежно предсказывать свойства сложных атомов. Результаты исследования опубликованы в журнале «Physical Review Letters» https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.163001.

Соавторами работы «Теоретическое предсказание свойств «часового» перехода для многозарядного иона со сложной электронной структурой» являются научные сотрудники НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ: сотрудник Сектора теории атома Отделения теоретической физики С.Г. Порсев, сотрудники Лаборатории молекулярных пучков Отделения нейтронных исследований М.Г. Козлов, И.И. Тупицын и А.И. Бондарев. Научные интересы этой группы ученых, занимающихся атомной теорией, связаны с применением атомов и молекул к фундаментальным исследованиям. Работа в данном направлении поддержана грантом РНФ.

«Мы разработали весьма универсальный подход, который применили к 17-кратному иону иридия Ir17+, представляющему особенный интерес для разработки новых атомных часов с высокой чувствительностью к вариации постоянной тонкой структуры и к некоторым видам темной материи, - рассказывает М.Г. Козлов. - Поскольку часовые переходы в атомах крайне слабы, их очень трудно обнаружить без достаточно точных теоретических предсказаний. В случае иона Ir17+ даже более сильные электрические дипольные (Е1) переходы не удавалось обнаружить, несмотря на многолетние усилия. Это порождало сомнения в теоретических предсказаниях. В этой работе мы даем предсказания не только для длин волн Е1-переходов в ионе Ir17+, но и для их вероятностей, которые оказались существенно меньше, чем считалось ранее».

Полученные результаты не только объясняют, почему эти переходы не удавалось обнаружить, но и открывает путь для обнаружения часового перехода. Продемонстрированные в данной работе возможности проводить расчеты атомных свойств имеют широкую область применения, включая большую часть периодической системы элементов, и позволят решать многие задачи атомной физики, астрофизики и физики плазмы.

Атомные часы – это сверхточная система измерения времени. Маятником в ней «работают» атомы или ионы, в данном случае ионы иридия. С помощью электромагнитных ловушек их охлаждают почти до абсолютного нуля, и это позволяет им показывать время с поразительной точностью. С 1967 года в международной системе единиц СИ секунда определяется через частоту атомного перехода в цезии. Этот переход лежит в области радиочастот. В последнее десятилетие появились атомные часы на оптических переходах, благодаря чему точность измерения времени увеличилась на несколько порядков. В самые последние годы ученые пытаются создать часы на многозарядных ионах, таких как Ir17+. Эти ионы намного менее чувствительны к различным внешним возмущениям, чем нейтральные атомы. Поэтому, если удастся создать такие часы, то точность измерения времени будет существенно увеличена. Это позволит не только проводить фундаментальные исследования на новом уровне, но и найдет применение в новых технологиях.

Теги
фгбу пияф им. Б. П. Константинова Национальный исследовательский центр Курчатовский институт