Füüsikud avalikustasid hiljuti avalikkusele maailma kõige täpsema käekella, mille ainulaadne disain põhineb strontsiumi aatomite erilisel korraldamisel kolmemõõtmelises ruumis. Selgus, et see seade on kasulik mitte ainult aja mõõtmiseks, vaid ka müstiliste tumeainete otsimiseks kosmosesügavustest.
Colorado ülikooli Boulderi JILA labori teadlased on välja töötanud uskumatult täpse kvant-aatomi kella, mis põhineb ainulaadsel kolmemõõtmelisel struktuuril. Projekt seadis sõna-sõnalt uue kvaliteediteguri mõõdupuu - mõõdiku, mis iseloomustab mõõtmise täpsust. Kell moodustab strontsiumi aatomid kuubiks, mis on 1000 korda tihedam kui eelmine ühemõõtmeline kell. Esmakordselt võimaldab disain teadlastel sellel eesmärgil edukalt kasutada nn kvantgaasi.
Kõige täpsem kell maailmas
Aatomkell (teise nimega kvant- või molekulkell) on aja mõõtmiseks kasutatav seade, milles perioodilise protsessina ei kasutata ränimehhanismi, vaid vibratsioone, mis tekivad aatomi ja molekuli tasandil. Näiteks vastavalt rahvusvahelisele SI-süsteemile võrdub 1 sekund elektromagnetilise kiirguse 9 192 631 770 perioodiga, mis toimub tseesium-133 aatomi põhiasendi kahe hüperpeenetaseme vahelise ülemineku ajal.
Varem peeti aatomkella iga aatomit eraldi osakeseks ja seetõttu võisid aatomitevahelised interaktsioonid põhjustada tehtud mõõtmistes ebatäpsusi. Uues projektis kasutatud "kvant-paljude kehade süsteem" korraldab aatomid siiski teatud mustri järgi, mis võimaldab neil blokeerida nende vastasmõju sõltumata sellest, kui palju aatomeid teadlased lõpuks aparaati sisse viisid. Aineseisund, mida nimetatakse degenereerunud Fermi gaasiks (Fermi osakestest koosnev gaas) võimaldab kvantiteerida süsteemi kõiki aatomeid.
“Kvantgaasikella potentsiaali kõige olulisem aspekt on selle võime aatomite arvu suurendada, mille tulemuseks on stabiilsuse tohutu suurenemine,” selgitas projekti kallal töötanud füüsik Jun Yeh Riikliku Standardite ja Tehnoloogia Instituudist (NIST). Tema sõnul on inimkond sisenemas "tõeliselt põnevasse ajastusse, mil saame kvanttehnoloogia allutada konkreetsete koguste mõõtmisele". Laborikatsetes oli viga 3,5 x 10 kvintillionit - see on esimene aatomkell, mis sellise muljetavaldava täpsuse saavutas.
NIST-i kvantfüüsika juht ja projektijuht Thomas O'Brien väidab, et "kvantgaasi kasutav strontsiumkell on ilmekas näide" uue kvantrevolutsiooni "tehnoloogiast, mida mõnikord nimetatakse ka" kvant 2.0-ks ". Samuti on ta kindel, et selline lähenemine ja sarnaste tehnoloogiate arendamine tulevikus võimaldab kasutada kvantkorrelatsioone laiaulatuslike mõõtmiste jaoks ja isegi selliste tehnoloogiate jaoks, mis pole ajaga seotud.
Reklaamvideo:
Aeg ja ruum
Aatomkell on näiteks suurepärane tumeaine mõistmise uurimiseks. Teadlased on juba soovitanud, et aatomkellade töös esinevate pisivigade uurimisel ei jääks muud üle kui kosmose tumeda aine "taskud". Varasemad uuringud on näidanud, et aatomkellasüsteem ja isegi üks selline ülitundlik seade suudavad registreerida aatomite vibratsioonisageduse ja laserkiirguse muutusi, kui need läbivad tumeda aine piirkonda. Arvestades, et uus projekt on eelkäijatest palju stabiilsem ja täpsem, võib-olla aitab see meil lahti seletada Universumi ühe huvitavama saladuse.
Vassili Makarov
