A fizikusok megmutatták egy atomórák összes alkotóelemét - olyan eszközöket, amelyek az időt mérik azáltal, hogy mérik az apró energiaváltozást egy atommagon belül. Az ilyen órák jelentős javulást eredményezhetnek a precíziós mérések, valamint az alapvető fizika új betekintéséhez.

A kutatók megmérik a fény gyakoriságát, amely a ritka izotóp torium -229 magjait magasabb energiaállapotra - az atomóra „órájára” - való áttéréshez vezeti, pontossággal 100 000 -szer magasabb, mint az előző legjobb értéknél. Ezt úgy értek el, hogy szinkronizálják az energiamigrációt a világ legpontosabb órájának órájával. A munkát Jun Ye vezette Jila -ban, a Colorado -i Boulder kutatóintézetében, és szeptember 5 -én jelent meg a természetben. "Ez valóban az egyik legizgalmasabb cikk a legutóbbi emlékezetben" - mondja Marianna Safronova, a Newark Delaware -i Egyetem nukleáris fizikusa.

Az áttörés a tórium-229 magok megvizsgálásával történt egy frekvenciás fésű lézerkészülékkel. A beállítás technikailag nem az óra, mivel még nem használták az idő mérésére. Az ilyen lenyűgöző eredmények azonban lehetővé teszik az atomórák fejlesztését - mondja Safronova.

Az óra mérése már hasznosnak bizonyul a részecskék fizikájában - mondja Elina Fuchs, a németországi Hannover Leibniz Egyetem elméleti fizikusa. Mivel az óra frekvenciáját az alapvető erők határozzák meg, amelyek együtt tartják a magot, a prototípus meghatározhatja, hogy egy típusú sötét anyag - egy láthatatlan anyag, amely az univerzumban az ügy kb. 85% -át teszi ki -, ezeket az erőket egy kis méretben befolyásolja. "Ez egy új, közvetlen ablak az atomenergiába" - mondja Fuchs.

Végső időmérők

A világ legjobb órái, úgynevezett atomi órák, mérje meg az időt a lézerekkel - a fény frekvenciáját pontosan úgy kell beállítani, hogy elérjék az elektronok két energiaszint közötti mozgatásához szükséges energiát egy atomon belül. A legpontosabb atomórák nyerhetnek, vagy csak egy másodpercig veszít 40 milliárd évenként. Egy atomórák kissé eltérően működnének: az óra megfelelne a protonok és a neutronok energiaátmenetének, nem pedig az elektronoknak, mivel egy gerjesztett állapotba lépnek.

Ez az energiaváltás kissé magasabb, ultraibolya frekvenciát igényel, ami gyorsabb időzítést eredményez, amely megfelelhet vagy meghaladhatja az atomórát. Az atomórának a legnagyobb potenciális előnye azonban a pontosság és a stabilitás kombinációjában rejlik. A magban lévő részecskék kevésbé érzékenyek, mint az elektronok olyan zavarokra, mint az elektromágneses mezők - azaz egy atomórát hordozható és robusztus lehet. "Deszenzibilizálódik oly módon, hogy nehéz elképzelni, hogy az óráink hogyan működnek ma" - mondja Anne Curtis, az Egyesült Királyság Teddingtonban található Nemzeti Fizikus Laboratórium kísérleti fizikus.

De a megfelelő típusú atommag felhasználásának megtalálása és meghatározása, amely ahhoz szükséges, hogy egy másik energiaállapotra áthelyezhesse, 50 éves a fizikusok számára. Az 1970-es években a közvetett bizonyítékok azt sugallják, hogy a tórium-229 furcsa módon alacsony energiájú nukleáris átmenetet kapott-ezt végül az asztali plazma kiválthatja. De a tudósok csak tavaly fedezték fel a szükséges gyakoriságot - és ebben az évben sikeresen kezdeményezték az átmenetet egy lézerrel.

A JILA csapata a kristályba ágyazott tórium-229 atomok átmeneti gyakoriságát kereste egy frekvenciafésű rendszerrel. A fésű létrehoz egy sor lézerfrekvenciásvonalat, amelyek rendszeresen és egyenletesen vannak elhelyezve. Ez lehetővé teszi a kutatók számára, hogy a kristályt sok pontos frekvencián egyszerre megvilágítsák a találat keresésére, ahelyett, hogy a lehetséges lehetőségek spektrumán átkutatnák az egyfrekvenciás lézerrel.

A fésű beállításait - beleértve a vonalak közötti rések szélességét, vagy a „fogak” - az atomórával kalibráltuk, és beállíthatók. A csoport több kísérleti futtatást hajtott végre, és amint megfigyelték a jellegzetes ragyogást, amely akkor fordul elő, amikor a tórium-229 atomok romlanak gerjesztett állapotukból, a beállításokat a jelet irányító frekvenciák kiszámításához használták.

Az átmenetet először „csodálatosnak érezte”, mondja Chuankun Zhang, a Jila fizikusának a tanulmány társszerzője. "Egész éjjel teszteket végeztünk annak ellenőrzésére, hogy valóban ez volt -e a jel, amit keresünk" - mondja.

Alapvető erők

A frekvenciás fésű különös az, hogy lehetővé teszi a fizikusok számára, hogy megmérjék az óra - itt a tórium -229 magjának - egy másik ismert frekvenciához való arányát, ebben az esetben egy atomórát. Ez nemcsak lehetővé tette a csapat számára, hogy nagy pontossággal meghatározza az abszolút frekvenciaértéket, hanem néhány érdekes lehetőséget nyitott meg a fizikában - mondja Zhang.

Ha az egyik óra órájának sebessége a másikhoz viszonyítva megváltozik, akkor azt jelezheti, hogy az energiaszintet meghatározó tényezők - például az erős nukleáris vagy elektromágneses erő - sodródnak vagy ingadoznak - mondja Fuchs. A sötét anyag bizonyos „könnyű” formái, amelyek rendkívül alacsony tömegűek, úgy gondolják, hogy ez a hatás - mondja.

Az erők bármilyen változását a belső migráció gyakoriságában felerősítik, így az atomórák potenciálisan körülbelül 100 milliószor érzékenyebbek lehetnek az ilyen típusú sötét anyag hatásaira, mint az atomórák. A legfrissebb eredmény - amely a frekvenciát 13 tizedes hely pontosságára pontosítja - már elég pontos ahhoz, hogy szűkítse azokat a lehetséges energiatartományokat, amelyekben a világos sötét anyag létezhet - mondja Fuchs. A nukleáris fizika részesülhet a pontosabb átmeneti gyakoriságból is, amely segíthet a tudósoknak megkülönböztetni a tórium-229 mag különböző lehetséges formáit.

De még több munkát kell végezni, mielőtt az atomórák meghaladhatják az atomórákat - amelyek jelenleg 19 tizedesjegyre pontosak. A kutatók azt fogják vizsgálni, hogy van -e értelme a TORIUM -229 kristályba ágyazni - a szilárd anyag hasznos a hordható órák készítéséhez -, vagy hogy az egyes atomok korlátozása jobb eredményeket eredményez -e.

A lézerrendszert is optimalizálni kell. „Szerencsére ez a csodálatos technika nagy potenciállal rendelkezik” - mondja Olga Kocharovskaya, a College Station Texas A&M Egyetem fizikusa. Ez egy „a forrás prototípusa, amelyet a jövő órájában kell használni” - tette hozzá.