Inima unui nou ceas optic atomic este la fel de mică ca un boabe de cafea

Ceasurile atomice portabile sunt pe cale de actualizare.

Ceasurile atomice mici de astăzi, care funcționează cu baterii, urmăresc timpul prin numărarea oscilațiilor luminii absorbite de atomii de cesiu (SN: 9/4/04, str. 50). Acea lumină oscilează de miliarde de ori pe secundă. Acum, o versiune în miniatură a unui tip de ceas atomic numit ceas optic folosește lumină reglată la atomii de rubidiu și bate de trilioane de ori pe secundă (SN Online: 20.5.19). Împărțirea timpului în intervale atât de scurte permite acestui ceas atomic să țină timpul mult mai fiabil decât alte ceasuri, raportează cercetătorii pe 20 mai în Optica.

În mod obișnuit, camera de atomi din inima unui ceas optic poate avea o diametru de un metru. Noul mini ceas optic folosește o cameră atomică de doar 3 milimetri, montată pe un cip de siliciu. „Am fost foarte surprins că au reușit să facă un ceas optic de această dimensiune”, spune Silvio Koller, care a lucrat la ceasurile optice la Institutul Național de Metrologie din Germania din Braunschweig.

O nouă generație de ceasuri optice la scară mică ar putea coordona mai bine fluxul de date prin rețelele de telecomunicații sau ar putea sincroniza telescoape îndepărtate pentru a face observații astronomice (SN: 27.04.19, str. 7).

„Pendulul” din interiorul noului ceas optic este un laser reglat la aproximativ 385,285 teraherți – adică lumina sa unduie de 385,285 trilioane de ori pe secundă. Pentru a se asigura că oscilațiile laserului nu scad din ritm, jumătate din fascicul se alimentează în camera minusculă a atomilor de rubidiu, care absorb lumina exact la această frecvență. Monitorizarea dacă atomii de rubidiu absorb lumină îi spune laserului dacă trebuie să-și formeze frecvența ușor în sus sau în jos pentru a păstra timpul mai precis.

Electronica modernă nu poate număra de fapt căpușele individuale de 385 de teraherți ale acestui laser, deoarece sunt prea rapide, spune coautorul studiului Zachary Newman, fizician la Institutul Național de Standarde și Tehnologie din Boulder, Colorado.

Deci, ceasul optic folosește două componente numite piepteni de frecvență, de asemenea, montate pe cipuri minuscule, pentru a traduce bătăile rapide ale laserului în căpușe mai lente și numărabile. Acest lucru funcționează similar modului în care un set de angrenaje poate traduce rotirea rapidă a unui disc mic în rotația mai lentă a unui disc mai mare (SN: 22/10/11, str. 22).

Ceasul optic a produs în cele din urmă tick-uri cu un ritm de 22 gigaherți – aproximativ de două ori mai rapid decât cele ale metronamelor pe bază de cesiu. Dar, deoarece ticurile gigahertzi ale ceasului optic se bazează pe bătăi mult mai scurte, în teraherți, ele sunt mult mai precise decât ticăiturile gigahertzi ale ceasurilor cu cesiu. Durata fiecărei secunde numărată de ceasul optic la scară de cip s-a potrivit cu oricare alta, până la aproximativ cinci trilioane de secundă.

Este de aproximativ 50 de ori mai bun decât ceasurile actuale la scară cu cip pe bază de cesiu, spune coautorul studiului Matthew Hummon, de asemenea, fizician la NIST din Boulder.

Chiar dacă noul ceas optic are dimensiunea unei halbe în comparație cu predecesorii săi, nu este încă un ceas de buzunar. Camera atomică la scară de cip și pieptenii de frecvență sunt conectate la electronice suport care umplu două tabele. „În cele din urmă, ne-am dori ca această tehnologie să fie cu adevărat portabilă și alimentată de la baterie”, spune Hummon.