Время — это иттербий: как новые атомные часы будут искать темную материю

Пока мы пытаемся не опоздать на встречу, физики из Киотского университета (Kyoto University) занимаются вещами, которые трудно понять здравым смыслом. Они создали атомные часы на основе иттербия, которые не просто измеряют секунды, а претендуют на роль детектора «новой физики». Это устройство настолько чувствительно, что может заметить малейшие колебания в структуре вселенной, которые мы обычно игнорируем из-за несовершенства своих инструментов.

Проект возглавил физик Таики Исияма (Taiki Ishiyama). В основе разработки лежит редкий орбитальный переход в атомах иттербия — специфическое изменение энергетических конфигураций, связанное с внутренним электронным слоем атома. Ученые давно считали этот механизм перспективным, поскольку он чрезвычайно чувствителен к тонким физическим эффектам. Однако на практике достичь необходимой точности измерений было задачей со звездочкой.

Обычные атомные часы измеряют время по частоте переходов электронов между двумя энергетическими уровнями. Современные эталоны, такие как оптические часы на стронции, которыми занимается NIST, настолько точны, что их ошибка составит меньше секунды за десятки миллиардов лет. Но иттербий предлагает еще более высокий уровень игры. Главная проблема ранних экспериментов заключалась в том, что лазеры, которые удерживают атомы в ловушке, создавали помехи, искажая результаты измерений.

Чтобы обойти это ограничение, команда из Киотского университета использовала метод «магической длины волны». Это такое состояние, при котором свет лазера почти не влияет на нужные энергетические уровни атома. Атомы разместили в трехмерной оптической решетке и применили высокостабилизированный лазер возбуждения. Результат — стабильность, которая позволяет заглянуть за границы известной