Тобиас Ботвелл из JILA (Объединенный институт лабораторной астрофизики, США) и его коллеги разделили сотни тысяч атомов стронция на "блинообразные" капли из 30 атомов. С помощью особого оптического метода из таких "блинов" была собрана вертикальная стопка высотой 1 мм. Затем они облучили полученный стек лазером и измерили рассеянный свет высокоскоростной камерой. Такие атомные часы помогают обнаружить сверхмельчайшие гравитационные эффекты с помощью замера частоты излучения при изменении энергетического состояния электронов в атомах.

Поскольку атомы были расположены вертикально, гравитация Земли вызывала сдвиг частоты колебаний в каждой группе на разную величину. Этот эффект физики называют гравитационным красным смещением. Исследователям удалось настолько улучшить точность измерений, что была обнаружена разница между временем верхней части "стопки" и нижней. Выяснилось, что в верхней части время отставало от самой нижней на 10E-19 (10 в минус 19-й степени) долей секунды. Это означает, что если бы подобные атомные часы были запущены в момент начала Вселенной (примерно 14 млрд лет назад), то они бы отклонились всего на 0,1 с.

Фактически это означает, что замедление времени, предсказанное общей теорией относительности Альберта Эйнштейна, реально существует и работает даже в масштабе миллиметров. Ранее гравитационное красное смещение пытались замерить с помощью пары точных часов, расположенных на расстоянии от 30 см друг от друга, но сложности с синхронизацией и отсутствие уверенной точности не позволяли подтвердить теорию с высокой степенью доверия к результату. Замер отставания времени в пределах одной установки атомных часов дает исследователям уверенность в сделанных выводах.

Ученые комментируют открытие, предсказывая использование новой технологии замера времени не только для задач изучения гравитационных волн во Вселенной, но и для повышения практической точности систем глобального позиционирования.

Описание исследований и отчеты о результатах были опубликованы в журнале Nature.