Разработан уникальный прибор для измерения гравитации

В НИЯУ МИФИ разработан квантовый гравиметр – уникальный прибор, предназначенный для замера малейших изменений гравитационного поля, превосходящий по точности многие используемые в практике аналоги. Создано устройство сотрудниками Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ под руководством заведующего кафедрой физико-технических проблем метрологии, доктора физико-математических наук Петра Борисюка.

По сути, гравиметр представляет собой сверхточные атомные часы, работающие на ионах стронция. С помощью лазерного излучения атомы стронция сначала замораживаются до сверхнизких температур, а затем – также с помощью лазера – возбуждаются, начиная ритмически испускать импульсы света.

Как рассказал инженер кафедры физико-технических проблем метрологии Павел Черепанов, в настоящее время разработанные в НИЯУ МИФИ атомные часы позволяют измерять время в точности до десяти в минус шестнадцатой степени – то есть до одной десятиквадрильонной – секунды.

Таким образом, данное устройство может играть роль сверхпрецизионного оптического квантового стандарта времени и частоты, которое может, например, использоваться для синхронизации разделенной расстоянием аппаратуры или в навигационном оборудовании, особенно в ситуациях, когда радиосвязь затруднена (например, на подводных лодках).

Однако устройство не только меряет время, но и способно измерять уровень земной гравитации, поскольку, согласно общей теории относительности, чем сильнее гравитация, тем медленнее идут часы, а излучаемый атомами свет смещается в красную сторону спектра.

По словам Павла Черепанова, квантовый гравиметр способен отслеживать изменения гравитационного поля земли в точности более одной миллионной гала (гал – единица измерения свободного падения), в то время как у используемых сегодня маятниковых и баллистических гравиметров точности порядка от одной десятитысячной до одной стотысячной гала.

«Таким образом, квантовый гравиметр более чем в десятки раз точнее не квантовых аналогов при сопоставимых размерах. Однако квантовые приборы имеют существенный потенциал миниатюризации, хотя и с небольшой потерей точности относительно стационарных квантовых приборов», – отмечает Павел Черепанов.

В перспективе квантовый гравиметр может использоваться в геологоразведке, прецизионной топографии и навигационном оборудовании.