Американские физики разработали компактные оптические часы на основе молекулярного йода. Трехнедельные испытания в открытом море показали, что они достаточно стабильны и нечувствительны к внешней среде, а это продвигает вперед возможности морской навигации.

Мы живем в четырехмерном пространстве, где три измерения — это высота, ширина и длина, а четвертое — время. Современная наука пытается познать эти пространства как можно подробнее.

Люди научились измерять расстояния уже в нанометрах, а время — в аттосекундах. В этих единицах работают самые точные на сегодня часы, основанные на электромагнитном излучении, возникающем при переходе электронов в атомах цезия с одной «орбиты» на другую.

Атомные часы измеряют время с точностью до 10^-18 (то есть до квинтиллионных долей секунды). Если сравнивать их показания с сигналом точного времени со спутника или удаленных стационарных часов, можно заметить изменения в скорости хода времени из-за изменения силы гравитационного воздействия (например, из-за изменения высоты над уровнем моря). Благо, как известно из теории относительности, чем сильнее гравитация в той или иной точке пространства, тем медленнее там течет время.

Повысить точность часов можно, если взять несколько атомов и сделать из них атомную оптическую решетку (для этого используют стронций или тулий). По атомам в такой решетке «стреляют» лазерами, что позволяет глубоко охладить всю решетку и до предела снизить межатомные колебания в ней, поднимая точность измерений. Такая точность необходима не только для сугубо научных изысканий в фундаментальной физике, но и для навигации.

Миллионы устройств, связанных со спутниками GPS, или Глобальной навигационной спутниковой системой (ГНСС), продолжают работать потому, что орбитальные аппараты синхронизированы с атомными часами на наносекундном уровне. Это позволяет определять координаты с точностью до нескольких метров. Правда, сохранить подобный результат легко только в лабораториях. В полевых условиях — например, на морских кораблях, которые особенно нуждаются в стабильных и точных координатах — добиться этого сложно, ведь в море случаются штормы, а суда курсируют сквозь магнитные моля Земли.

Группа физиков из компании Vector Atomic в США разработала оптические часы на мобильных платформах, которые нечувствительны к внешней среде и основаны на молекулярном йоде. Результаты научной работы опубликованы в журнале Nature.