Fyzici nedávno představili veřejnosti nejpřesnější hodinky na světě, jejichž jedinečný design je založen na speciální organizaci atomů stroncia v trojrozměrném prostoru. Ukázalo se, že toto zařízení je užitečné nejen pro měření času, ale také pro hledání tajemné temné hmoty v hlubinách vesmíru.
Vědci z Boulderovy laboratoře JILA na University of Colorado vyvinuli neuvěřitelně přesné kvantové atomové hodiny založené na unikátní trojrozměrné struktuře. Projekt doslova stanovil nový standard pro faktor kvality - metriku, která charakterizuje přesnost měření. Hodiny tvoří atomy stroncia do krychle, která je 1000krát hustší než předchozí jednorozměrné hodiny. Poprvé, design umožňuje vědcům úspěšně využívat tzv. "Kvantový plyn" pro tento účel.
Nejpřesnější hodinky na světě
Atomové hodiny (aka kvantové, nebo molekulární hodiny) je zařízení pro měření času, ve kterém není jako periodický proces používán silikonový mechanismus, ale vibrace vyskytující se na atomové a molekulární úrovni. Například podle mezinárodního systému SI je 1 sekunda rovna 9 192 631 770 period elektromagnetického záření vznikajícího z přechodu mezi dvěma hyperjemnými hladinami základního stavu atomu cesia-133.
Dříve byl každý atom v atomových hodinách považován za samostatnou částici, a proto interakce mezi atomy mohou způsobit nepřesnosti v provedených měřeních. Avšak „kvantový systém mnoha těl“použitý v novém projektu organizuje atomy podle určitého vzorce, což jim umožňuje blokovat jejich interakci, bez ohledu na to, kolik atomů vědci nakonec zavedli do aparátu. Stav hmoty známý jako degenerovaný Fermiho plyn (plyn složený z fermiho částic) umožňuje kvantifikaci všech atomů v systému.
„Nejdůležitější aspekt potenciálu kvantových plynových hodin je jeho schopnost zvýšit počet atomů, což má za následek obrovské zvýšení stability,“vysvětluje fyzik Jun Yeh z Národního institutu pro standardy a technologie (NIST), který na projektu pracoval. Podle něj lidstvo vstupuje do „skutečně vzrušující éry, kdy můžeme podrobit kvantovému inženýrství měření konkrétních veličin“. V laboratorních testech byla chyba 3,5 x 10 kvintilionů - to jsou první atomové hodiny, které dosáhly tak působivé přesnosti.
Thomas O'Brian, vedoucí kvantové fyziky a vedoucí projektu NIST, uvádí, že „stronciové hodiny využívající kvantový plyn jsou nápadným příkladem technologií„ nové kvantové revoluce “, někdy označovaných jako„ kvantová 2.0 “. Je také přesvědčen, že takový přístup a vývoj podobných technologií v budoucnu umožní použití kvantových korelací pro širokou škálu měření a dokonce i pro technologie, které nesouvisí s časem.
Propagační video:
Čas a prostor
Například atomové hodiny jsou skvělé pro výzkum pochopení temné hmoty. Vědci již navrhli, že studium drobných chyb v provozu atomových hodin nebude sledovat nic jiného než „kapsy“temné hmoty v prostoru. Předchozí studie ukázaly, že systém atomových hodin a dokonce jeden takový vysoce citlivý přístroj může zaznamenat změny vibrační frekvence atomů a laserového záření, pokud prochází oblastí temné hmoty. Vzhledem k tomu, že nový projekt je mnohem stabilnější a přesnější než jeho předchůdci, možná nám pomůže odhalit jedno z nejzajímavějších tajemství vesmíru.
Vasily Makarov