Ученые нашли перспективное решение для создания высокоточных часов

Учёные из Санкт-Петербурга пришли к выводу, что молекулярный ион азота способен выполнять роль частотного эталона, обеспечивая ещё более точное измерение времени. Это открытие создаёт основу для совершенствования методов изучения фундаментальных физических процессов и расширяет возможности современных навигационных технологий.



Точное время лежит в основе работы спутниковых навигационных систем, включая GPS и ГЛОНАСС. Местоположение объектов определяется путём сравнения времени, за которое сигналы от нескольких спутников достигают приёмного устройства. Поскольку радиоволны распространяются со скоростью света, малейшая ошибка в определении момента регистрации сигнала приводит к сбоям в расчёте координат. Сейчас секундный интервал фиксируется по числу переходов в атоме цезия, и именно цезиевые стандарты применяются в спутниковых системах.

Несмотря на высокую точность существующих атомных часов, исследователи продолжают искать новые подходы. Одним из перспективных направлений считаются молекулярные системы. Было установлено, что часы, основанные на ионе молекулярного азота, могут работать с ещё большей точностью, особенно если молекулы охлаждены до экстремально низких температур.

Колебательные уровни молекул подвержены влиянию температуры, и этот эффект, известный как сдвиг, вызванный излучением абсолютно чёрного тела, долгое время оценивали как несущественный. Однако новые расчёты показывают, что даже минимальные температурные отклонения способны заметно увеличивать ошибку измерений.

Чтобы разобраться в характере этих влияний, петербургские исследователи рассчитали кривые потенциальной энергии для молекулы азота и её однозарядного иона, предварительно анализируя их электронную структуру. Дополнительно была определена их поляризация во внешнем электрическом поле и оценено, как температура изменяет энергетические состояния молекул.

Полученные данные подтверждают, что ион N2+ может стать основой для создания нового поколения молекулярных часов, превосходящих по точности современные атомные стандарты. Итоги работы опубликованы в журнале Physical Review A, относящемся к первой квартиле научных изданий.

Читайте также: