Созданы первые в мире квантовые часы на солнечном свете

Физики-метрологи и астрофизики разработали первые в мире квантовые часы, работающие на солнечном свете. Результаты эксперимента, доказавшего возможность создания принципиально нового астрофизического прибора, выложены препринтом на arXiv.

Установка в лаборатории Национального института стандартов и технологий США в Боулдере объединила солнечный свет, по которому еще древние определяли время, и технологию оптических часов — самых точных на сегодня хронометров.

В типичных оптических часах электрон внутри атома заставляют колебаться между двумя энергетическими уровнями и на частоту этих колебаний настраивают сверхстабильный лазер. В свою очередь частоту лазера делят оптической гребенкой до величины, которую может измерять электроника — это и есть «маятник» часов.

В новых часах примерно то же самое, только вместо атома роль эталона выполняет линия поглощения Fe I в спектре солнечного света, который собирается автоматически поворачивающийся за светилом коллиматором на крыше и передается в лабораторию по оптоволокну.

Новые часы не соперничают в точности с лучшими атомными оптическими часами, но их можно использовать как прибор для изучения звезд. Во время частичного солнечного затмения 2024 года исследователи наблюдали характерный сдвиг в спектре солнечного света, вызванный прохождением Луны. Если подать в часы свет далекой звезды вместо солнечного, похожие сдвиги могли бы указывать на наличие обращающихся вокруг нее экзопланет — а это открывает перспективу превращения разработки в инструмент астрономических открытий. Правда, в этом случае звездный свет пришлось бы собирать большими телескопами, порой на протяжении длительного времени.

Это первые оптические часы, засинхронизированные светом звезд, а не контролируемым лабораторным источником, признает профессор Пит Шмидт из Немецкого национального института метрологии. Но как астрономический инструмент они пока не превосходят существующие астроспектрографы, особенно в изучении далеких звезд с их тусклым светом.

Однако, по его словам, есть возможные преимущества в изучении свойств нашего Солнца. Например, часы могли бы исследовать извержения, солнечные пятна и эффекты солнечного ветра.