Самый точный секундомер в мире до сих пор работает с оглядкой на старый маятник. Водородные мазеры — лучшие радиочастотные «маховики» (устройства, хранящие ритм между сверками с эталоном) — накапливают ошибку из-за того, что шум между отсчётами просачивается в итоговый сигнал. Физики называют это эффектом Дика, и он ставит предел точности любой шкалы времени, построенной на радиочастотах.
Авторы заменили радиочастотный маховик оптическим. В их установке три независимых «хранителя ритма»: две пары зеркал из криогенного кремния, образующих сверхстабильный резонатор, и йодные часы, где частота привязана к молекулярному переходу. Каждый из них подстраивается по оптическим часам на атомах стронция — главному эталону, чья точность уходит за 18-й знак после запятой. Такая связка работает непрерывно больше 20 суток, и за это время три параллельные оптические шкалы расходятся меньше чем на 100 пикосекунд — время, за которое свет проходит всего 3 сантиметра.
Когда оптический эталон временно недоступен — например, на время юстировки или из-за сбоя — каждый маховик продолжает тикать самостоятельно. За шесть часов типичного перерыва набегает около 20 пикосекунд расхождения. Это в сотни раз меньше, чем дал бы водородный мазер в той же ситуации. Кольцо замыкается: эффект Дика, который раньше диктовал пределы точности, теперь подавлен настолько, что шкала времени впервые живёт по чисто оптическим законам.
Кремниевые резонаторы в этой работе охлаждены до криогенных температур, где тепловые колебания атомов почти замирают. При комнатной температуре тот же кристалл «дышит» в сотни раз сильнее, смазывая точность отсчёта.