'S Werelds Meest Precieze Klok Aangedreven Door Superkoude Strontium-Atomen

{h1}

Een nieuw soort atoomklok is nauwkeuriger dan ooit gebouwd, met het vermogen om duizendmaal de levensduur van het universum soepel te volgen.

Een nieuw soort atoomklok is nauwkeuriger dan ooit gebouwd, met het vermogen om duizendmaal de levensduur van het universum soepel te volgen. Naast het feit dat het de beste tijdwaarnemer tot nu toe is, kan de nieuwe zogenaamde quantumgasklok op een dag inzicht bieden in nieuwe fysica.

Onderzoekers van JILA (voorheen ook wel het Joint Institute for Laboratory Astrophysics genoemd) gebruikten een combinatie van strontium-atomen en een reeks laserstralen om een ​​zo precieze klok te maken dat deze de interactie van de zwaartekracht op kleinere schaal dan ooit zou kunnen meten.. Daarbij zou het licht kunnen werpen op de aard van zijn relatie met andere fundamentele krachten, een mysterie dat natuurkundigen tientallen jaren in de war heeft gebracht.

Atoomklokken meten de tijd door de vibraties van atomen te gebruiken als een zeer precieze metronoom. De huidige atoomklokken zijn seconden na tientallen miljarden jaren uitgeschakeld. Deze nieuwste iteratie blijft precies genoeg, zodat deze slechts gedurende 90 miljard jaar met slechts één seconde uitgeschakeld zal zijn. [5 van de meest precieze klokken ooit gemaakt]

Om dat soort precisie te krijgen, koelde het team strontiumatomen om te voorkomen dat ze in het rond liepen en tegen elkaar botsten - iets dat hun trillingen kan afwerpen. Ten eerste raken ze de atomen met lasers. Wanneer ze door de fotonen in de lasers werden geraakt, absorbeerden de atomen hun energie en stootten ze een foton uit, verloren ze kinetische energie en werden ze kouder. Maar dat koelde hen niet genoeg af. Dus om ze nog kouder te krijgen, vertrouwde het team op verdampingskoeling, waardoor een deel van de strontiumatomen verdampte en nog meer energie accepteerde. Ze bleven tussen 10.000 en 100.000 atomen achter, bij een temperatuur van slechts 10 tot 60 miljardsten van een graad boven het absolute nulpunt, of minus 459 graden Fahrenheit (minus 273 graden Celsius).

De koude atomen werden gevangen door een 3D-opstelling van lasers. De balken werden opgesteld om met elkaar te interfereren. Terwijl ze dat deden, creëerden ze regio's met lage en hoge potentiële energie, potentiële bronnen genoemd. De putten fungeren als gestapelde eierdozen en elke heeft een strontiumatoom.

De atomen werden zo koud dat ze niet langer met elkaar in wisselwerking waren - in tegenstelling tot een normaal gas, waarin atomen willekeurig rondrennen en hun medemensen stuiteren, blijven dergelijke afgekoelde atomen vrij stil. Ze beginnen zich dan te gedragen op een manier die minder op een gas lijkt en meer op een vaste stof, hoewel de afstand tussen hen veel groter is dan wat in een solide strontium wordt gevonden. [8 manieren waarop je de relativiteitstheorie van Einstein in het echte leven kunt zien]

"Vanuit dat oogpunt is het een zeer interessant materiaal, het heeft nu eigenschappen alsof het een solide staat is", vertelde projectleider Jun Ye, een fysicus bij het National Institute of Standards and Technology, aan WordsSideKick.com. (JILA wordt gezamenlijk beheerd door de NIST en de University of Colorado in Boulder.)

Op dit moment was de klok klaar om te beginnen met het bijhouden van de tijd: de onderzoekers raakten de atomen met een laser, opwindende een van de elektronen die rond de kern van het strontium cirkelen. Omdat elektronen geregeerd worden door de wetten van de kwantummechanica, kan men niet zeggen op welk energieniveau het elektron zich bevindt als het eenmaal opgewonden is, en kan alleen maar zeggen dat het een waarschijnlijkheid heeft om in de een of de ander te zijn. Om het elektron te meten, vuurden ze na 10 seconden een andere laser op het atoom. Die laser meet waar het elektron zich rond de kern bevindt, zoals een foton van de laser opnieuw wordt uitgestraald door het atoom - en hoe vaak het oscilleerde in die periode (de 10 seconden).

Een gemiddelde van deze meting over duizenden atomen is wat deze atoomklok zijn precisie geeft, net zoals het middelen van de beats van duizenden identieke slingers iemand een nauwkeuriger beeld geeft van wat de periode van die slinger zou moeten zijn.

Tot nu toe hadden atoomklokken slechts enkele "snaren" van atomen in tegenstelling tot een 3D-rooster, zodat ze niet zoveel metingen konden uitvoeren als deze, zei je.

"Het is als het vergelijken van horloges," zei je. "Met die analogie begint de laserpuls op de atomen een coherente oscillatie, tien seconden later zetten we de puls weer aan en vragen het elektron: 'Waar ben je?'" Die meting wordt gemiddeld over duizenden atomen.

Het is moeilijk om elektronen in die tussenliggende toestand te houden, en dat is nog een reden waarom de atomen zo koud moeten zijn, dat de elektronen niet per ongeluk iets anders aanraken.

De klok kan in feite seconden tot 1 deel in biljoenen meten. Deze vaardigheid maakt meer dan een heel goede tijdwaarnemer; het kan helpen bij het zoeken naar verschijnselen zoals donkere materie, zei je. Bijvoorbeeld, men zou een experiment in de ruimte kunnen opzetten met behulp van een dergelijke nauwkeurige timer om te zien of atomen zich anders gedragen dan wat conventionele theorieën voorspellen.

De studie is gedetailleerd in het 6 oktober nummer van het tijdschrift Science.

Oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com