О проекте

Отделение оптики ФИАН приступило к работе над атомами тулия в 2008.

Узкий переход внутри электронной оболочки

В 1999 году в Лаборатории оптики активных сред (ФИАН) было предложено использовать магнито-дипольный переход 4f¹³6s²(J=7/2) → 4f¹³6s²(J=5/2) в атоме тулия на длине волны 1.14 мкм со спектральной шириной ~1 Гц для реалтзации оптических часов. Эта идея была поддержана И.И. Собельманом, и позже в лабратории приступили к исследованиям редкоземельных атомов.

Низкая чувствительность к тепловому излучению

Магнито-дипольный переход между тонкими подуровнями основного состояния некоторых лантаноидов защищён от внешнего воздействия заполненными внешними оболочками 5s² и 6s². Такая защита делает эти переходы перспективными с точки зрения матрологии в связи с низкой чувствительностью к электрическим полям и столкновениям. В случае часового перехода в атоме тулия это приводит к низким поляризуемостям и сдвигу вследствие теплового излучения всего 0.6 мГц при комнатной температуре
Подробнее

Магические длины волн

В 2018 году мы нашли магическую длину волны 813.3 нм часового перехода в атоме тулия. Так оказалось, что поляризуемости основного и возбуждённого уровней пересекаются под столь малым углом, что для оптических часов достаточно стабилизации длины волны оптической решётки с точностью 3 МГц, чего можно достичь с использованием измерителя длин волн.
В 2019 году было обнаружено, что существует магическая длина волны вблизи 1064 нм. При использовании 1064 нм для формирования оптической решётки связанный с ней сдвиг частоты часового перехода составляет менее 3 Гц. Для более точного определения сдвига необходима активная стабилизация лазера к частоте перехода.

Неточность на мировом уровне

Таблица основных сдвигов частоты часового перехода и их неточности представлена в этой статье. При достаточной их характеризации и корректировке в рамках разумных экспериментальных возможностей эти неточности могут быть снижены значительно. В результате систематическая неточность предлагаемого репера частоты на длине волны 1.14 мкм может достигать 5x10⁻¹⁸ относительных единиц.
Основной вклад в погрешность вносит квадратичный эффект Зеемана. Использование часового перехода между другими сверхтонкими компонентами позволит компенсировать и этот сдвиг.