Разработана технология изготовления атомных часов, помещающихся в объеме всего лишь несколько кубических миллиметров.

Современное общество не может обойтись без точного отсчета и измерения времени. В национальных метрологических лабораториях имеются специальные устройства, позволяющие определять время с погрешностью 10^-15 (одна секунда в 30 миллионов лет). Эти устройства очень громоздки (величиной со шкаф) и дорогостоящи. Впрочем, для большинства нужд (например, для синхронизации передачи данных в многопользовательских сетях) оказывается достаточной точность ~ 10^-12. Ее обеспечивают приборы размером с ящик для обуви и стоимостью около 50 000 долларов. Всего в мире насчитывается несколько тысяч таких приборов. Если бы удалось уменьшить их габариты, то диапазон услуг "службы точного времени" существенно расширился бы.

Прецизионный хронометраж основан на эффекте резонансного возбуждения атомов микроволновым излучением. Современные спектроскопические методики позволяют измерять частоту с колоссальной точностью. Например, для атомов цезия резонансная частота V_res соответствует 9192631770 колебаний в секунду (точнее говоря, стандарт для секунды был сформулирован в 1967 году следующим образом: "секунда - это интервал времени, в течение которого совершается 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 в отсутствие возмущения полями"). Одно колебание - это один "тик" атомных часов. В качестве пары атомных состояний, между которыми индуцируются переходы, обычно выбирают состояния с магнитным квантовым числом m = 0, поскольку разница энергий таких состояний (а значит, и резонансная частота) практически не зависит от флуктуаций магнитного поля. Так как длина волны излучения составляет 3.2 см, то размеры атомных часов в принципе не могут быть меньше ~ 1 см. Для преодоления сантиметрового барьера можно попытаться использовать лазерное излучение, которое содержит две компоненты, различающиеся по частоте на величину V_res. Но здесь на пути миниатюризации встают чисто технологические проблемы, до недавнего времени казавшиеся неразрешимыми. Однако удалось найти и их решение - в начале этого года была разработана технология изготовления атомных часов, помещающихся в объеме всего лишь несколько кубических миллиметров. Для этого потребовалось несколько новых идей, одна из которых состоит в использовании переходов между атомными состояниями с неравным нулю магнитным квантовым числом (например, m = 3; 4 для атомов цезия и m = 1; 2 для атомов рубидия), что позволило существенно повысить устойчивость к шумам и другим помехообразующим факторам. В принципе уже сейчас можно запускать наручные атомные часы в массовое производство. Потребляемая ими мощность составит несколько десятых долей ватта, а стоимость не будет превышать 100 долларов. Они будут отставать (или убегать) не более, чем на одну микросекунду за сутки.

Источник информации - заметка в бюллетене ПерсТ, выпуск 12 за 2004 г.