В ЛЭТИ создали молекулярные часы, которые точнее атомных
Специалисты ЛЭТИ провели исследование совместно с Петербургского института ядерной физики и выяснили, что молекулярный ион азота может быть использован в качестве стандарта частоты для более точного измерения времени, нежели атомы цезия в атомных часах. Об этом "Газете.Ru" рассказали в ЛЭТИ.
Сегодня точность измерения времени критически важна для глобальных навигационных спутниковых систем, таких как GPS и ГЛОНАСС. Они определяют местоположение, измеряя время, за которое сигналы от нескольких спутников доходят до приёмника. Поскольку радиоволны движутся со скоростью света, даже небольшие ошибки в определении времени их регистрации могут привести к значительным погрешностям в определении положения объекта на Земле. Секунда определяется с помощью подсчета определенного количества переходов в атоме цезия, так называемый цезиевый стандарт для определения времени. В настоящее время цезиевые часы широко применяются в спутниках.
Хотя современные атомные часы уже достигли поразительной точности, учёные исследуют и альтернативные подходы, в том числе на основе молекул. Например, часы, основанные на ионе молекулярного азота (N2+), могут демонстрировать большую точность, особенно при их охлаждении до очень низких температур. Однако, частота переходов между колебательными уровнями молекулы зависит от температуры – этот эффект известен как сдвиг из-за излучения абсолютно чёрного тела. Ранее он считался незначительным, однако новые данные показывают, что даже небольшие изменения могут существенно повлиять на погрешность измерений.
"Чтобы решить эту задачу, мы провели ряд расчётов для определения кривых потенциальных энергий молекул азота и её однозарядного иона, для чего изучили их электронную структуру. Определили поляризации этих молекул во внешнем электрическом поле и учли влияние температуры на их колебательные состояния. Исследование показало, что N2+ может стать основой для создания новых молекулярных часов, которые будут измерять время с большей точностью, чем современные атомные часы. Полученные результаты открывают новые возможности для исследований фундаментальных физических явлений и улучшения навигационных систем", – рассказал доцент кафедры физики СПбГЭТУ "ЛЭТИ" Юрий Демидов.
На основе проведённых расчетов учёные смогли более точно воспроизвести колебательные спектры молекулы азота и её иона. Эти результаты можно использовать для поиска эффектов, обусловленных квантовой электродинамикой при конечной температуре. Исследование проводится в рамках реализации программы развития СПбГЭТУ "ЛЭТИ" "Приоритет 2030".