A fizikusok a közelmúltban mutatták be a világ legpontosabb óráját, amelynek egyedi tervezése a stroncium-atomok speciális szervezésén alapul, háromdimenziós térben. Kiderült, hogy ez az eszköz nemcsak az idő mérésére, hanem rejtélyes sötét anyag keresésére is a tér mélyén.
A Colorado Egyetem Boulder JILA laboratóriumának tudósai hihetetlenül pontos kvantum atomórát dolgoztak ki, amely egyedülálló háromdimenziós struktúrán alapul. A projekt szó szerint egy új referenciaértéket határozott meg a minőségi tényezőre - egy olyan mutatóra, amely jellemzi a mérési pontosságot. Az óra stroncium atomokat képez egy kocka formájában, amely 1000-szer sűrűbb, mint az előző egydimenziós óra. A tervezés először lehetővé teszi a tudósok számára, hogy sikeresen használják az úgynevezett "kvantumgázt" erre a célra.
A világ legpontosabb órája
Az atomi óra (más néven kvantum vagy molekuláris óra) egy olyan időmérési eszköz, amelyben nem egy szilíciummechanizmust használnak periodikus eljárásként, hanem atomi és molekuláris szinten fellépő rezgéseket. Például a nemzetközi SI rendszer szerint az 1 másodperc megegyezik a 9 192 631 770 elektromágneses sugárzási periódussal, amelyet a cézium-133 atom alapállapotának két hiperfinom szintje közötti átmenet okozza.
Korábban az atomóra minden egyes atomját külön részecskének tekintették, ezért az atomok közötti kölcsönhatások pontatlanságokat okozhatnak a végzett mérésekben. Az új projektben alkalmazott "kvantum soktestes rendszer" azonban az atomokat egy bizonyos mintázat szerint rendezi, amely lehetővé teszi számukra az interakció blokkolását, függetlenül attól, hogy hány atomot tudósok vezettek be a készülékbe. A degenerált Fermi-gázként ismert anyagállapot (egy Fermi-részecskékből álló gáz) lehetővé teszi a rendszer összes atomjának kvantálását.
"A kvantumgázóra potenciáljának legfontosabb szempontja az atomszám növelésének képessége, ami óriási növekedést eredményez a stabilitásban" - magyarázza Jun Yeh, a Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézet (NIST) fizikusa, aki a projekten dolgozott. Elmondása szerint az emberiség "egy igazán izgalmas korszakba lép, amikor kvantummérnököt képezhetünk bizonyos mennyiségek mérésére". Laboratóriumi vizsgálatok során a hiba 3,5 x 10 kvintillion volt - ez az első atomi óra, amely ilyen lenyűgöző pontosságot ért el.
Thomas O'Brian, a NIST kvantumfizikai vezetője és projektvezetője kijelenti, hogy "egy kvantumgázt használó stroncium óra az" új kvantumforradalom "technológiájának szembetűnő példája, amelyet néha" kvantum 2.0-nak "hívnak. Biztos abban is, hogy egy ilyen megközelítés és a hasonló technológiák jövőbeni fejlesztése lehetővé teszi a kvantum-korrelációk felhasználását a mérések széles skálájánál, sőt az idővel nem összefüggő technológiáknál is.
Promóciós videó:
Idő és tér
Az atomóra például kiválóan alkalmas a sötét anyag megértésére. A kutatók már azt sugallták, hogy az atomórák működésében jelentkező kisebb hibák tanulmányozása nem más, mint a sötét anyag "zsebek" az űrben. Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy egy atomi órarendszer és még egy ilyen nagyon érzékeny készülék képes regisztrálni az atomok rezgési gyakoriságának és a lézersugárzás változásait, ha azok áthaladnak egy sötét anyag területén. Tekintettel arra, hogy az új projekt sokkal stabilabb és pontosabb, mint elődei, talán segít nekünk a Világegyetem egyik legérdekesebb rejtélyének kibontásában.
Vaszilij Makarov