Сегодня определение секунда, основанное на длительности периодов излучения, звучит так: «Секунда – это длительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующих переходу между сверхтонкими подуровнями основного состояния атома цезия 133». Оно было принято на XIII Генеральной конференции по мерам и весам 1967-го года. Однако за полвека ученым удалось уточнить данное понятие. Новое определение будет основано уже на длительности перехода в оптическом диапазоне.
Как пояснил главный научный сотрудник Отдела перспективных исследований и измерений времени и частоты ВНИИФТРИ Виталий Пальчиков, оптические стандарты частоты и точность их измерений как минимум на два порядка выше, чем точность измерений атомной частоты в цезии.
– Разберемся пошагово. Объясните, пожалуйста, как именно высчитывали секунду старым способом? - прошу я Виталия Геннадьевича.
– Атомы цезия переводили сначала в возбужденное состояние (к примеру, воздействуя на них лазерным лучом). Когда электроны возвращались в исходное состояние, они излучали электромагнитные волны определенной частоты. Длительность, соответствующую 9 192 631 770 периодам излучения цезия и определяли, как одну секунду.
Специалисты давно думают, как повысить точность измерения секунды. К примеру, уже на XXVI Генеральной конференции в 2018 году определение 1967-го года определение было слегка модифицировано: вместо длительности периодов излучений цезия решили фиксировать частоту его излучения. Секунда в итоге определялась как величина, обратная данной цифре. Но, по сути, получалось то же самое. В настоящее время точность измерений частоты для цезия составляет 1,2 х 10 -16 степени. Этот результат был получен несколько лет назад, и он далек от того, который можно было бы действительно назвать точным.
– Теперь подходим к тем самым оптическим стандартам...
– Сегодня во всем мире специалисты начали экспериментировать с измерением секунды по оптическим стандартам частоты. Если в микроволновом диапазоне мы получаем 9,2 гигагерца, то в оптическом – сотни терагерц, то есть, на несколько порядков выше. Тут нам придется отойти от цезия и перейти к тербию или стронцию, которые излучают в оптическом диапазоне. Кстати, в нашем институте мы экспериментируем с разными элементами. Наиболее точные образцы оптических стандартов частоты в оптическом диапазоне составляют приблизительно несколько единиц 18-го знака (10 в -18 степени), что уже на два порядка выше прежнего стандарта.
Но, прошу отметить, что несмотря на все перспективные исследования в институтах, до 2030 года определение секунды остается прежним.
