Японские физики разработали сверхточные и сверхчувствительные атомные часы на основе иттербия, которые могут проверить пределы Стандартной модели и даже обнаружить неуловимую темную материю. Руководитель проекта Таики Исияма, физик из Высшей школы науки Киотского университета в Японии, использовал редкий орбитальный переход в атомах, который долгое время считался многообещающим, но слишком сложным для измерения с высокой точностью.

В этой системе задействован орбитальный переход, который ранее никогда не использовался в атомном хронометрировании. Команда считает, что их подход позволит провести одни из самых строгих проверок предсказаний Стандартной модели, которая объясняет три из четырех фундаментальных сил, управляющих Вселенной: электромагнетизм, сильное и слабое взаимодействия.

Атомные часы измеряют время, фиксируя, как электроны перескакивают между двумя определенными энергетическими уровнями внутри атомов. Чаще всего для этого используется цезий-133, который действует как высокостабильный естественный маятник. Эти переходы происходят на чрезвычайно стабильных частотах, что делает атомные часы самыми точными хронометрами из когда-либо созданных.

Самые точные атомные часы удерживают атомы в оптической решетке — структуре из света и тени, образованной пересекающимися лазерами. Они работают на оптических частотах с сотнями триллионов колебаний в секунду.

Хотя теоретически этот переход идеально подходит для поиска изъянов в Стандартной модели, достижение необходимой точности остается сложной задачей на практике. Как отметил Исияма, хотя его команда впервые наблюдала этот переход в 2023 году, а затем и другие группы последовали за ними, разрешающая способность измерений была намного хуже, чем у современных оптических часов.

Новые исследование установило строгие ограничения на эти возможные эффекты при определенных предположениях и улучшило модели атомного и ядерного поведения. Оно также показало, что внутренние переходы теперь можно контролировать очень точно. Более того, работа открывает путь к созданию оптических решетчатых часов, сочетающих высокую точность измерений и высокую чувствительность к новым физическим явлениям.

Источник: Nature

Изображение: Generated by the editorial team using AI for illustrative purposes