Fysikere presenterte nylig for publikum verdens mest nøyaktige klokke, hvis unike design er basert på den spesielle organisasjonen av strontiumatomer i tredimensjonalt rom. Det viste seg at denne enheten ikke bare er nyttig for å måle tid, men også for å søke etter mystisk mørk materie i dypet av rommet.
Forskere ved Boulders JILA Laboratory ved University of Colorado har utviklet en utrolig nøyaktig kvanteatomisk klokke basert på en unik 3D-struktur. Prosjektet satte bokstavelig talt et nytt mål for kvalitetsfaktor - en beregning som kjennetegner måleenhet. Klokken danner strontiumatomer til en kube, som er 1000 ganger tettere enn den forrige endimensjonale klokken. For første gang lar design forskere lykkes med å bruke den såkalte "kvantegassen" til dette formålet.
Den mest nøyaktige klokken i verden
En atomur (aka kvante- eller molekylær klokke) er en enhet for å måle tid, der ikke en silisiummekanisme brukes som en periodisk prosess, men vibrasjoner som oppstår på atom- og molekylnivå. Ifølge det internasjonale SI-systemet er for eksempel 1 sekund lik 9 192 631 770 perioder med elektromagnetisk stråling som oppstår fra overgangen mellom to hyperfine nivåer i grunntilstanden til cesium-133-atomet.
Tidligere ble hvert atom i en atomur ansett som en egen partikkel, og derfor kan samhandling mellom atomer forårsake unøyaktigheter i målingene som ble gjort. Imidlertid organiserer det "kvante mangekroppssystemet" som ble brukt i det nye prosjektet atomer i henhold til et visst mønster, som lar dem blokkere samspillet deres, uavhengig av hvor mange atomer forskere til slutt introduserte i apparatet. En sakstilstand kjent som en degenerert Fermi-gass (en gass sammensatt av Fermi-partikler) gjør at alle atomene i systemet kan kvantifiseres.
"Det viktigste aspektet av potensialet til en kvantegassklokke er dens evne til å øke antallet atomer, noe som resulterer i en enorm økning i stabilitet," forklarer fysiker Jun Yeh fra National Institute of Standards and Technology (NIST), som arbeidet med prosjektet. I følge ham går menneskeheten inn i "en virkelig spennende tid der vi kan underlegge kvanteteknikk for å måle bestemte mengder." I laboratorietester var feilen 3,5 x 10 kvintillion - dette er den første atomklokken som oppnådde en slik imponerende nøyaktighet.
Thomas O'Brian, NISTs kvantefysikksjef og prosjektleder, uttaler at "en strontiumklokke som bruker en kvantegass er et slående eksempel på" nye kvante revolusjoner "-teknologier, noen ganger referert til som" quantum 2.0 ". Han er også trygg på at en slik tilnærming og utvikling av lignende teknologier i fremtiden vil tillate bruk av kvantekorrelasjoner for et bredt spekter av målinger og til og med for teknologier som ikke er relatert til tid.
Salgsfremmende video:
Tid og rom
Atomklokken er for eksempel ypperlig til forskning på forståelse av mørk materie. Forskere har allerede antydet at studiet av mindre feil i driften av atomklokker ikke vil spore noe mer enn "lommene" til mørk materie i rommet. Tidligere studier har vist at et atomkloksystem og til og med et så høysensitivt apparat kan registrere endringer i vibrasjonsfrekvensen til atomer og laserstråling hvis de passerer gjennom et område med mørk materie. Tatt i betraktning at det nye prosjektet er mye mer stabilt og nøyaktig enn forgjengerne, kan det kanskje hjelpe oss å avdekke et av de mest interessante mysteriene i universet.
Vasily Makarov
