Благодаря экспериментам, выполненным на фонтанных атомных часах CSF1 PTB, была найдена новая возможность компенсации эффекта возмущения. Это приводит к важному усовершенствованию цезиевых часов фонтанного типа.
В Международной Системе Единиц (СИ) секунда определяется на основе специфического перехода между двумя внутренними энергетическими уровнями атома цезия. В цезиевых часах фонтанного типа (лучших среди простейших атомных часов на сегодняшний день) лазерные лучи помогают собрать атомы цезия в малое облако и замедлить их движение (охладить); затем атомное облако «подбрасывается» приблизительно на один метр вверх и падает вниз. В течение этого свободного полета может быть очень точно определена частота перехода. Современные фонтанные часы определяют длину секунды в СИ с относительной неопределенностью, лучшей чем 10-15.
Решающим в работе любых атомных часов является то, что должны быть детально изучены все эффекты, которые могут изменить резонансную частоту атомов. Это необходимо для коррекции частотных сдвигов, появляющихся в результате эффектов: из-за столкновений атомов в облаке необходима существенная поправка. В общем случае, ограниченная точность выполнения этой поправки существенно влияет на длительность секунды, определяемой фонтанными часами.
В настоящее время разработан новый метод, с помощью которого могут быть вполне устранимы частотные сдвиги, вызываемые столкновениями. Этот метод является результатом сотрудничества между учеными из PTB (Physikalisch – Technische Bundesanstalt), Национальной физической лаборатории в Великобритании (National Physical Laboratory) и Национального института стандартов и технологий в США (National Institute of Standards and .Technology). С помощью незначительного регулирования мощности микроволнового излучения, которое возбуждает переходы в атоме цезия, суммарный сдвиг может быть изменен от отрицательных значений к положительным – или сделан равным нулю. В основе предложенного метода лежит принцип, когда характерные черты столкновений между холодными атомами изменяются качественно и количественно во время полета через аппарат. Эта физическая модель разработана и испытана на часах CSF1 PTB и CsF1 NLP и может быть подтверждена учеными из NLP при помощи расчетов, используя данные о столкновениях, полученные исследователями NIST.
Это открывает блестящую перспективу работы цезиевых фонтанных часов с компенсируемым частотным сдвигом, причем необходимость в определенной поправке исчезает. Дальнейшие исследования будут проводиться для определения практических границ использования нулевого сдвига. Но уже сегодня можно ожидать больших свершений в области работы атомных цезиевых часов фонтанного типа, чем это кажется возможным.
