Ион молекулярного азота рассматривают как перспективный эталон частоты для сверхточных часов

Специалисты СПбГЭТУ «ЛЭТИ» совместно с учёными Петербургского института ядерной физики показали, что однозарядный ион молекулярного азота способен служить более стабильным частотным стандартом, чем привычные цезиевые эталоны.



Точность хронометрии критична для работы глобальных навигационных спутниковых систем, таких как GPS и ГЛОНАСС: позиционирование базируется на измерении времени прихода сигналов от нескольких спутников до приёмника. Поскольку радиоволны распространяются со скоростью света, даже микроскопические ошибки в учёте времени приводят к заметным погрешностям в определении координат. Сегодня секунда фиксируется через подсчёт числа определённых переходов в атоме цезия — этот подход лежит в основе современных атомных часов, которые широко используются в космических аппаратах.

Несмотря на высокую точность существующих приборов, исследователи продолжают поиск альтернативных методов, в том числе молекулярных. По расчётам петербургской группы, часы, основанные на ионе N2+, при охлаждении до крайне низких температур могут превзойти цезиевые по стабильности и точности. Важным обстоятельством при этом является зависимость частот между колебательными уровнями молекулы от температуры — эффект, связанный с воздействием чернотельного излучения. Ранее такой сдвиг считали несущественным, однако новые вычисления показывают, что даже небольшие температурные вариации способны повлиять на итоговую погрешность измерений.

Доцент кафедры физики СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Юрий Демидов пояснил, что команда выполнила последовательность расчётов электронного строения молекулы азота и её одноэлектронного иона, восстановила потенциалы взаимодействия и оценил поляризуемость этих систем в присутствии внешнего электрического поля. Кроме того, учтено влияние температуры на колебательные состояния. По словам Демидова, результаты указывают на возможность создания молекулярных часов на базе N2+, которые при должной реализации могут обеспечить большую точность, чем современные атомные стандарты, а также открыть новые пути в исследованиях фундаментальных физических процессов и повышении надёжности навигационных систем.

Помимо этого, расчёты позволили более достоверно воспроизвести колебательные спектры N2 и N2+, что создает основу для поиска тонких эффектов квантовой электродинамики при конечной температуре. Работа ведётся в рамках программы развития СПбГЭТУ «ЛЭТИ» «Приоритет 2030».

Читайте также: