الرقم القياسي العالمي يحسن الساعات الذرية

قياس الترددات الضوئية دقيقة إلى 17 منزلة عشرية لأول مرة

الساعة الذرية NASA / JPL-Caltech.
قراءة بصوت عال

سجل عالمي جديد في القياس الدقيق للترددات الضوئية نجح الآن في الفيزياء الأمريكية. هذا مهم بشكل خاص لتطوير ساعات ذرية أكثر دقة. النتائج الجديدة تحسن الدقة بعامل عشرة. تقرير الباحثون عن نجاحهم في مجلة "العلوم".

يمكن قياس مرور الوقت بدقة بالغة اليوم. سلسلة من الساعات الذرية السيزيوم في جميع أنحاء العالم تعطينا الثانية. تظهر أحدث هذه الساعات اليوم انحرافًا لا يتجاوز بضع ثوانٍ في 300 مليون عام. لكن هذا لا يكفي للفيزيائيين. إنهم يبحثون عن الساعات الذرية الضوئية التي تعمل بترددات ضوئية ويجب أن تكون أكثر دقة بعامل 1000.

حقق العلماء في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) في بولدر بالولايات المتحدة الأمريكية طفرة كبيرة. يقول بيت شميت ، الذي ساعد في تأسيس التجربة باعتبارها مرحلة ما بعد الدكتوراه في بولدر ، وقام بتحسين دقة ساعتين ذريتين بصريتين بعامل من عشر ساعات مقارنة بأفضل الساعات حتى الآن.

قام بأداء يجري اليوم أبحاثًا في معهد الفيزياء التجريبية بجامعة إنسبروك.

"لإثبات ذلك ، تمت مقارنة ترددات الساعتين وتم العثور على انحراف فقط 5.2 × 10 ارتفاع -17. يشبه تحديد مسافة الأرض من الشمس إلى عُشر قطر الشعر ، وبالتالي رقما قياسيا عالميا ، "الإعلان

ساعة على أساس التكنولوجيا الكم

استخدم العلماء في الولايات المتحدة أيونات الزئبق والألومنيوم في الساعات الذرية البصرية الخاصة بهم. "إن أيون الألومنيوم لديه انتقال ضيق للغاية على مدار الساعة ، والذي أثبت أيضًا أنه مقاوم بشكل خاص للتأثيرات الخارجية. ويوضح شميدت أن أيون صعب للغاية التحكم فيه. "نحن نستخدم التقنيات المستخدمة أيضًا في بناء الكمبيوتر الكمومي."

ويرافق أيون الألمنيوم أيون البريليوم ، الذي يعمل بمثابة وسيط ويساعد في كل من التبريد والقياس بالليزر. لقد تحقق شميت وزملاؤه في NIST قبل ثلاث سنوات هذا التحليل الطيفي لمنطق الكَمّ. من ناحية أخرى ، يمكن تبريد أيون الزئبق وقراءته مباشرة باستخدام الليزر.

نظرة على فخ أيون على مدار الساعة المنطق الكم. © NIST

الليزر كما حذافة

لذلك ، يتم استخدام مطياف القفز الكمي المعتاد هنا. نظرًا لأن الأيونات لا تقدم إشارات مستمرة للقياس ، فإنها تقترن بأشعة الليزر عالية الاستقرار ، والتي تستقبل تردد الضوء مثل دولاب الموازنة ويتم معايرتها مرارًا وتكرارًا من خلال قياسات منتظمة على الأيونات. يمكن للعلماء بعد ذلك مقارنة ترددات الساعتين الذريتين باستخدام مشط التردد البصري.

ومع ذلك ، هذه القياسات حساسة للغاية. على سبيل المثال ، يجب أن تؤخذ في الاعتبار آثار الجاذبية. قد لا تختلف مسافة الساعتين الذريتين عن مركز الأرض بأكثر من 10 سم. ولكن هذا يفتح أيضًا آفاقًا جديدة للباحثين. وهكذا ، في المستقبل ، يمكن أيضًا استخدام الساعات الذرية لدراسة مجال الجاذبية للأرض.

هل الثوابت الطبيعية ثابتة حقًا؟

"ولكن القياس على فترات طويلة من الزمن له أهمية خاصة" ، يشرح شميدت. هذا يسمح لنا بالتحقق من أن الثوابت الأساسية تتغير على المدى الطويل. وبالطبع سيكون ذلك مذهلاً لأن النظرية المعتادة لا تتوقع مثل هذا الشيء. "لقد تمكن الباحثون في بولدر من الهدوء بقياساتهم: تغير هيكل ألفا الثابت الثابت ليست كبيرة على مدى سنة واحدة.

هذا هو المكان الذي يبدأ فيه شميدت بتجاربه الجديدة في إنسبروك. إنه يريد مواصلة استكشاف التغير في الثوابت الطبيعية وإنشاء بيانات القياس لمساعدة علماء الفيزياء الفلكية في تحسين تحليل البيانات الخاصة بهم. لأن هناك ملاحظات فيزيائية فلكية ، والتي تشير إلى أن البنية الدقيقة ثابتة ألفا قد تغيرت في تطور الكون. ويأمل بيت شميدت في الحصول على الدعم: "إذا تم بناء منزل الفيزياء الجديد في إنسبروك ، فبإمكاننا خلق ظروف مماثلة هناك كما في بولدر". خططه.

(جامعة إنسبروك ، 07.03.2008 - NPO)