Fysikere afslørede for nylig for offentligheden verdens mest nøjagtige ur, hvis unikke design er baseret på den specielle organisering af strontiumatomer i det tredimensionelle rum. Det viste sig, at denne enhed ikke kun er nyttig til at måle tid, men også til at søge efter mystisk mørk stof i rummet.
Forskere ved Boulders JILA-laboratorium ved University of Colorado har udviklet et utroligt nøjagtigt atomatomur baseret på en unik tredimensionel struktur. Projektet satte bogstaveligt talt en ny benchmark for kvalitetsfaktor - en måling, der kendetegner målenøjagtighed. Uret danner strontiumatomer til en terning, der er 1000 gange tættere end det foregående endimensionelle ur. For første gang giver design forskere mulighed for med succes at bruge den såkaldte "kvantegas" til dette formål.
Det mest nøjagtige ur i verden
Et atomur (aka kvante eller molekylært ur) er en anordning til måling af tid, hvor der som en periodisk proces ikke anvendes en siliciummekanisme, men vibrationer, der forekommer på det atomære og molekylære niveau. For eksempel er 1 sekund ifølge det internationale SI-system lig med 9 192 631 770 perioder med elektromagnetisk stråling, der forekommer under overgangen mellem to hyperfine niveauer i jordtilstanden for cæsium-133-atomet.
Tidligere blev hvert atom i et atomur betragtet som en separat partikel, og derfor kan interaktion mellem atomer forårsage unøjagtigheder i de foretagne målinger. Imidlertid organiserer det "kvante mange-kropssystem", der bruges i det nye projekt, atomer i henhold til et bestemt mønster, som giver dem mulighed for at blokere deres interaktion, uanset hvor mange atomer videnskabsmænd i sidste ende introducerede i apparatet. En stoftilstand kendt som en degenereret Fermi-gas (en gas sammensat af Fermi-partikler) gør det muligt at kvantificere alle atomer i systemet.
”Det vigtigste aspekt af potentialet i et kvantegasur er dets evne til at øge antallet af atomer, hvilket resulterer i en enorm stigning i stabilitet,” forklarer fysiker Jun Yeh fra National Institute of Standards and Technology (NIST), der arbejdede på projektet. Ifølge ham er menneskeheden på vej ind i "en virkelig spændende æra, hvor vi kan underkastes kvanteteknologi for at måle specifikke mængder." I laboratorieundersøgelser var fejlen 3,5 x 10 quintillion - dette er det første atomur, der har opnået en sådan imponerende nøjagtighed.
Thomas O'Brien, NISTs kvantefysikchef og projektleder, siger, at "et strontiumur, der bruger en kvantgas, er et slående eksempel på en" ny kvanterevolution "-teknologi, som undertiden kaldes" kvante 2.0. " Han er også overbevist om, at en sådan tilgang og udvikling af lignende teknologier i fremtiden vil give mulighed for anvendelse af kvantekorrelationer til en lang række målinger og endda for teknologier, der ikke er relateret til tid.
Salgsfremmende video:
Tid og rum
Atomuret er for eksempel fantastisk til forskning i forståelse af mørk stof. Forskere har allerede antydet, at undersøgelsen af mindre fejl i driften af atomur ikke sporer andet end "lommerne" af mørkt stof i rummet. Tidligere undersøgelser har vist, at et atomursystem og endda et sådant meget følsomt apparat kan registrere ændringer i vibrationsfrekvensen for atomer og laserstråling, hvis de passerer gennem et område med mørkt stof. I betragtning af at det nye projekt er meget mere stabilt og præcist end dets forgængere, kan det måske hjælpe os med at afsløre et af de mest interessante mysterier i universet.
Vasily Makarov