Nedavno su fizičari javnosti predstavili najprecizniji sat na svijetu, čiji se jedinstveni dizajn temelji na posebnoj organizaciji atoma stroncija u trodimenzionalnom prostoru. Pokazalo se da je ovaj uređaj koristan ne samo za mjerenje vremena, već i za traženje tajanstvene tamne materije u dubinama svemira.
Znanstvenici iz Boulder-ovog laboratorija JILA na Sveučilištu u Coloradu razvili su nevjerojatno precizan kvantni atomski sat temeljen na jedinstvenoj trodimenzionalnoj strukturi. Projekt je doslovno postavio novo mjerilo za faktor kvalitete - metriku koja karakterizira točnost mjerenja. Sat formira atome stroncija u kocku, koja je 1000 puta gušća od prethodnog jednodimenzionalnog sata. Po prvi put dizajn omogućuje znanstvenicima da uspješno koriste takozvani "kvantni plin" u tu svrhu.
Najtačniji sat na svijetu
Atomski sat (aka kvantni ili molekularni sat) je uređaj za mjerenje vremena, u kojem se ne koristi silikonski mehanizam kao periodični proces, već vibracije koje se javljaju na atomskoj i molekularnoj razini. Na primjer, prema međunarodnom sustavu SI, 1 sekunda jednaka je 9 192 631 770 razdoblja elektromagnetskog zračenja koja proizlaze iz prijelaza između dvije hiperfine razine osnovnog stanja atoma cezija-133.
Prije toga, svaki atom u atomskom satu bio je tretiran kao zasebna čestica, pa bi interakcije među atomima mogle uzrokovati netočnosti u izvršenim mjerenjima. Međutim, "kvantni sustav mnogih tijela" koji se koristi u novom projektu organizira atome prema određenom obrascu, koji im omogućuje da blokiraju njihovu interakciju, bez obzira na to koliko atoma su znanstvenici na kraju unijeli u aparat. Stanje materije poznato kao degenerirani Fermi plin (plin sastavljen od Fermi čestica) omogućava kvantizaciju svih atoma u sustavu.
"Najvažniji aspekt potencijala kvantnog plinskog sata je njegova sposobnost povećanja broja atoma, što rezultira velikim povećanjem stabilnosti", objašnjava fizičar Jun Yeh iz Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju (NIST), koji je radio na projektu. Prema njegovim riječima, čovječanstvo ulazi u "zaista uzbudljivo razdoblje kada možemo podvrgnuti kvantnom inženjeringu mjerenje određenih količina". U laboratorijskim ispitivanjima greška je bila 3,5 x 10 kvintilija - ovo je prvi atomski sat koji je postigao takvu impresivnu točnost.
Thomas O'Brian, šef NIST-ove kvantne fizike i voditelj projekta, navodi da je "stroncijev sat pomoću kvantnog plina upečatljiv primjer tehnologija" nove kvantne revolucije ", koja se ponekad naziva i" kvantni 2.0 ". Također je uvjeren da će takav pristup i razvoj sličnih tehnologija u budućnosti omogućiti uporabu kvantnih korelacija za širok raspon mjerenja, pa čak i za tehnologije koje nisu povezane s vremenom.
Promotivni video:
Vrijeme i prostor
Na primjer, atomski sat je izvrstan za istraživanje razumijevanja tamne materije. Istraživači su već sugerirali da će istraživanje manjih pogrešaka u radu atomskog sata pratiti samo "džepove" tamne materije u svemiru. Prethodna istraživanja pokazala su da atomski satni sat, pa čak i jedan tako osjetljiv uređaj, mogu registrirati promjene u frekvenciji vibracija atoma i laserskom zračenju ako prolaze kroz područje tamne materije. S obzirom da je novi projekt mnogo stabilniji i precizniji od svojih prethodnika, možda će nam to pomoći da razotkrijemo jednu od najzanimljivijih misterija svemira.
Vasily Makarov