Атомные часы — это маятник, который тикает с частотой света. Внутри ловушки висит ион алюминия, и лазер щупает его, как камертон. Если частота лазера совпадает с собственной частотой атома, тот откликается. По этому отклику и сверяют ход часов.
Долгое время расчёты точности велись так, будто у атома есть только два состояния: основное и возбуждённое. На деле уровней больше, и возбуждённый атом может распасться не в одно, а в несколько разных состояний. Авторы работы учли эту ветвистость. Оказалось, что если следить, куда именно упал атом после распада, и отбрасывать неудачные измерения, часы становятся заметно точнее — выигрыш до 4,5 децибел. Это как если бы стрелок не засчитывал выстрелы, когда его рука дрогнула.
Особенно полезен такой подход для ионных часов, которые уже упираются в предел, заданный временем жизни возбуждённого состояния. Учёные предложили конкретный протокол измерений для часов на ионе алюминия-27 и рассчитали новые пределы стабильности. Теперь точность ограничена не нашей слепотой к распадам, а самой природой атома.
Часы на одном ионе алюминия-27 ошиблись бы на секунду лишь за 33 миллиарда лет — это вдвое больше возраста Вселенной.