Специалисты Национального института стандартов и технологий США (NIST, Боулдер, Колорадо) сконструировали новую версию экспериментальных ртутных часов, точность хода которых почти в шесть раз выше, чем у нынешнего держателя мирового рекорда — атомных цезиевых часов NIST-F1, созданных ранее в том же институте.
Современные стандарты времени базируются на измерении частоты осцилляций — переходов между различными энергетическими уровнями — атомных кластеров цезия-133, подвергающихся воздействию лазерного излучения (каноническое определение одной секунды — 9192631770 осцилляций цезия-133).
Первый экспериментальный прототип «ртутных часов» был создан группой физиков НИСТ под руководством Джима Бергквиста еще в 2000 году. На протяжении пяти лет качество его работы тщательно сравнивали с показателями цезиевого образца NIST-F1. По утверждению авторов разработки (результаты опубликованы 14 июля в журнале Physical Review Letters), к настоящему времени «пунктуальность» этих часов составляет примерно плюс-минус одну секунду за 400 млн лет, тогда как аналогичная расчетная потеря секунды у NIST-F1 возможна раз в 60–70 млн лет.
В этих суперчасах измеряются осцилляции одного-единственного иона (положительно заряженного атома) ртути, пойманного в криогенную электромагнитную ловушку и освещаемого лазером, работающим в ультрафиолетовом диапазоне. Благодаря этой ультрафиолетовой обработке ион ртути генерирует колебания на оптических частотах, тогда как в «обычных» цезиевых часах осцилляции отслеживаются лазерами в микроволновом диапазоне. Иными словами, более высокая частота колебаний оптических часов по сравнению с микроволновыми позволяет «разбивать» время на более мелкие единицы измерения (по данным Бергквиста, минимальный «тик» ртутных часов составляет примерно одну пятую от «тика» лучшего цезиевого аналога), то есть, по крайней мере в теории, новые оптические часы должны быть существенно точнее своих микроволновых предшественников.
Перспективы практического использования таких сверхточных ртутных часов весьма обширны: это и существенное повышения качества синхронизации в системах глобального позиционирования (GPS), в различных космических аппаратах и телекоммуникационных сетях, и улучшение измерений магнитных и гравитационных полей, и, наконец, очередное «переопределение» фундаментальных физических констант.
Впрочем, по признанию самих авторов, пока у новой разработки имеется целый ряд недостатков, которые еще не позволяют использовать ртутные часы в нормальном рабочем режиме. В частности, они очень чувствительны к воздействию гравитационного поля — их «тиканье» на больших высотах не совпадает с контрольными замерами, сделанными на уровне моря.
