Американцы разработают портативные атомные часы

Агентство перспективных оборонных разработок (DARPA) Министерства обороны США объявило о поиске партнеров для создания портативных оптических атомных часов. Они должны будут в сто раз превосходить сегодняшние самые точные модели портативных часов.

Сегодня атомные часы — самый точный способ измерить время. Их принцип работы основан на том, что каждый атом может излучать и поглощать фотоны только с определенными частотами — резонансными именно для него. Атомные часы бывают микроволновыми и оптическими. Первые используются, в том числе, в спутниках GPS, данные которых военные используют во множестве операций. В основе микроволновых атомных часов лежит микроволновый резонатор, настроенный на частоту перехода в атоме. Они позволяют измерять время в секундах с точностью до 16 знаков после запятой. Их точность ограничена возможностью измерения и контролирования отклонений в десятки микрогерц в искомой резонансной частоте.

Оптические атомные часы в качестве эталона используют переходы в атомах, приводящие к возникновению фотонов с частотой в оптическом диапазоне. Резонансная частота у них иногда в 100 тысяч раз больше, чем у микроволновых предшественников. Это позволяет добиться большей стабильности и уменьшить относительную статистическую погрешность в определении времени в сто раз, то есть до 10 в минус 18 степени.

Но что касается размеров, оптическим атомным часам сегодня обычно требуется отдельная комната в лабораториях. Кроме того, это очень сложные устройства, и их работу корректируют ученые.

DARPA 27 января объявило о поиске партнеров для создания маленьких портативных оптических атомных часов по программе ROCkN. Военных интересуют два типа прототипов для разных видов миссий. Первые часы должны весить менее пяти килограмм, потреблять менее 25 ваттов энергии, автономно работать в течение 10 дней и быть устойчивыми к изменениям скорости, вибрации и температуры. Последнее условие необходимо, чтобы они могли работать на воздушных и космических платформах, таких как тактические самолеты и спутники. Устройство должно быть в сто раз точнее самых точных портативных часов.

Вторые часы должны весить менее 200 килограмм и потреблять менее 400 ватт. Они предназначаются для более стабильных платформ, например, кораблей или наземных баз. Предполагается, что они смогут обходиться без ручной корректировки один месяц.

Программа ROCkN рассчитана на 48 месяцев. К концу второго этапа военные рассчитывают получить прототипы оптических часов, работающих вне лаборатории. Они планируют провести демонстрацию синхронизации обоих видов часов в полевых условиях.

Ранее мы писали про атомные часы на оптической решетке, которым в прошлом году присудили премию Breakthrough Prize. Их планируют применять в GPS и других спутниковых навигационных системах.

Василиса Чернявцева