Fyysikot paljastivat äskettäin yleisölle maailman tarkan kellon, jonka ainutlaatuinen muotoilu perustuu strontiumiatomien erityiseen organisointiin kolmiulotteisessa tilassa. Kävi ilmi, että tämä laite on hyödyllinen paitsi ajan mittaamiseen, myös salaperäisen tumman aineen etsimiseen avaruuden syvyyksistä.
Coloradon yliopiston Boulderin JILA-laboratorion tutkijat ovat kehittäneet uskomattoman tarkan kvantiatomiakello, joka perustuu ainutlaatuiseen kolmiulotteiseen rakenteeseen. Projekti asetti kirjaimellisesti uuden laatutekijän vertailukohdan - mittaustuloksen, joka kuvaa mittaustarkkuutta. Kello muodostaa strontiumiatomit kuutioksi, joka on 1000 kertaa tiheämpi kuin edellinen yksiulotteinen kello. Suunnittelun avulla tutkijat voivat ensimmäistä kertaa käyttää ns. "Kvantkaasua" tähän tarkoitukseen.
Maailman tarkin kello
Atomikello (eli kvantti- tai molekyylikello) on laite ajan mittaamiseksi, jossa jaksollisena prosessina ei käytetä piimekanismia, vaan atomi- ja molekyylitasolla tapahtuvia värähtelyjä. Esimerkiksi kansainvälisen SI-järjestelmän mukaan 1 sekunti on yhtä suuri kuin 9 192 631 770 sähkömagneettisen säteilyjakson ajan, joka johtuu cesium-133-atomin perustilan kahden erittäin hienotason välillä tapahtuvasta siirtymisestä.
Aiemmin atomikellojen kutakin atomia pidettiin erillisenä hiukkasena, ja siksi atomien välinen vuorovaikutus voi aiheuttaa epätarkkuuksia tehdyissä mittauksissa. Uudessa projektissa käytetty "kvantti monirunkoinen järjestelmä" järjestää kuitenkin atomit tietyn mallin mukaan, mikä antaa heidän estää vuorovaikutuksen riippumatta siitä, kuinka monta atomia tutkijat lopulta laittoivat laitteeseen. Aineen tila, joka tunnetaan rappeutuneena Fermi-kaasuna (Fermi-hiukkasista koostuva kaasu) mahdollistaa järjestelmän kaikkien atomien kvantisoinnin.
"Tärkein näkökohta kvanttikaasukellon potentiaalille on sen kyky lisätä atomien lukumäärää, mikä johtaa valtavaan lisääntyneeseen stabiliteettiin", selittää projektissa työskennellyt fyysikko Jun Yeh (National Institute of Standards and Technology, NIST). Hänen mukaansa ihmiskunta on siirtymässä "todella jännittävään aikakauteen, jolloin voimme altistua kvanttitekniikalle tiettyjen määrien mittaamiseksi". Laboratoriokokeissa virhe oli 3,5 x 10 kvintillionia - tämä on ensimmäinen atomikello, jolla saavutetaan niin vaikuttava tarkkuus.
NIST: n kvanttifysiikan päällikkö ja projektijohtaja Thomas O'Brien toteaa, että "kvanttikaasua käyttävä strontiumkello on ilmeinen esimerkki" uudesta kvanttivallankumouksen "tekniikasta, jota joskus kutsutaan nimellä" kvantti 2.0 ". Hän on myös vakuuttunut siitä, että tällainen lähestymistapa ja vastaavien tekniikoiden kehitys tulevaisuudessa mahdollistavat kvanttikorrelaatioiden käytön laajassa mittausvalikoimassa ja jopa tekniikoissa, jotka eivät liity aikaan.
Mainosvideo:
Aika ja tila
Esimerkiksi atomikello on hieno tutkimus tumman aineen ymmärtämiseen. Tutkijat ovat jo ehdottaneet, että atomikellojen toiminnassa olevien pienten virheiden tutkimuksella ei jäljitettäisi muuta kuin avaruudessa olevan pimeän aineen "taskuja". Aikaisemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että atomikellojärjestelmä ja jopa yksi tällainen erittäin herkkä laite voi rekisteröidä atomien värähtelytaajuuden ja lasersäteilyn muutokset, jos ne kulkevat tumman aineen alueen läpi. Kun otetaan huomioon, että uusi projekti on paljon vakaampi ja tarkempi kuin edeltäjänsä, ehkä se auttaa meitä purkamaan yhden maailmankaikkeuden mielenkiintoisimmista mysteereistä.
Vasily Makarov