Vysoce přesné optické hodiny se zachycenými ionty
High-accuracy optical clocks with trapped ions (SIB04 - Ion Clock)
Atomové hodiny jsou základním prostředkem pro zajištění mezinárodní časové stupnice, navigaci a komunikace. Čas a frekvence jsou nejpřesněji měřitelné fyzikální veličiny (<1E-16 rel.) a základní jednotka SI – sekunda hraje klíčovou roli v mezinárodním systému jednotek – je použita pro realizaci dalších základních jednotek včetně metru a ampéru. Tématem projektu je vývoj optických hodin (pracujících na frekvencích stovek THz) s laserem chlazenými a zachycenými ionty (27Al+ 88Sr+ a 171Yb+) s přesností řádově převyšující současné cesiové hodiny (cesiové fontány), které pracují v radiofrekvenční oblasti (9,2 GHz). Vývoj je zaměřen na zlepšení klíčových prvků – vlastní pasti a sondovacího hodinového laseru. Budou vyvinuty pasti pro více iontů – pro zlepšení poměru signál/šum, nové referenční ultrastabilní rezonátory pro další spektrální zúžení laserového záření a bude přesně charakterizován vliv ovlivňujících parametrů (zbytkový mikropohyb, vliv elektrického a magnetického pole včetně tepelného záření) – pro zpřesnění příslušných korekcí a zajištění podkladů pro volbu budoucí nové definice sekundy. Dalším cílem je vývoj lepší automatizace a spolehlivosti optických hodin, které jsou nyní velmi složitými experimentálními zařízeními s náročnou obsluhou a neumožňují nepřetržitý chod. Nové přesnější hodiny poskytnou nástroj pro přesné testy platnosti fyzikálních zákonů, testy stability základních fyzikálních konstant nebo například pro přesné měření rozdílů gravitačního potenciálu.
Projektu se účastní PTB, NPL, MIKES a ČMI (Oddělení kvantové metrologie délky, LPM Praha). ČMI zatím optické (vlastně ani cesiové) atomové hodiny nemá (státní etalon času a frekvence založený na komerčních cesiových hodinách uchovává ÚFE AV ČR) a účast v projektu bude cenným zdrojem informací pro rozhodnutí, které optické hodiny pro vývoj zvolíme. Úkolem oddělení kvantové metrologie délky ČMI LPM pod vedením RNDr. Petra Ballinga, PhD., pballing@cmi.cz je především navrhnout, modelovat a optimalizovat referenční rezonátor, vytvořit FEM model teploty iontových pastí (RF zahřívání) a charakterizovat teplotní elektromagnetické pole „viděné“ zachyceným iontem.