Луч лазера проходит через стеклянную кювету с парами цезия. Атомы в паре носятся хаотично, как толпа на вокзале: каждый влетает в луч, проводит там мгновение и вылетает обратно. Их внутреннее состояние — ориентация магнитного момента, подобного крошечному магнитику, — меняется под действием света. Если бы все атомы были одинаковыми и неподвижными, сигнал был бы ровным. Но их тепловое движение портит картину, создавая флуктуации.

Когда атом влетает в луч, его магнитный момент может быть направлен в любую сторону. Это как если бы каждый новый прохожий на входе случайно выбирал, какой рукой нести чемодан. Такая случайность создаёт шум в сигнале. Учёные измерили этот шум на реальной установке и сравнили с расчётами. Оказалось, что на частотах ниже 100 кГц главный источник шума — сам пролёт атомов через луч, а не их внутренние переключения.

Понимание этого шума нужно для создания более чувствительных датчиков. Такие датчики на парах атомов могут измерять магнитные поля с точностью до крошечных долей, а также детектировать слабые электрические поля. Наша теория помогает отделить полезный сигнал от шума, вызванного самими атомами.