Fyzici nedávno predstavili verejnosti najpresnejšie hodinky na svete, ktorých jedinečný dizajn je založený na špeciálnej organizácii atómov stroncia v trojrozmernom priestore. Ukázalo sa, že toto zariadenie je užitočné nielen na meranie času, ale aj na hľadanie záhadnej temnej hmoty v hĺbkach vesmíru.
Vedci z laboratória Boulderovho laboratória JILA na University of Colorado vyvinuli neuveriteľne presné kvantové atómové hodiny založené na jedinečnej trojrozmernej štruktúre. Projekt doslova stanovil nový štandard pre kvalitatívny faktor - metriku, ktorá charakterizuje presnosť merania. Hodiny tvoria atómy stroncia do kocky, ktorá je 1000-krát hustejšia ako predchádzajúce jednorozmerné hodiny. Dizajn prvýkrát umožňuje vedcom úspešne používať na tento účel tzv. „Kvantový plyn“.
Najpresnejšie hodinky na svete
Atomové hodiny (inak kvantové alebo molekulárne hodiny) sú zariadenia na meranie času, pri ktorých sa ako periodický proces nepoužíva kremíkový mechanizmus, ale vibrácie vyskytujúce sa na atómovej a molekulárnej úrovni. Napríklad podľa medzinárodného systému SI sa 1 sekunda rovná 9 192 631 770 periódam elektromagnetického žiarenia, ktoré vznikajú pri prechode medzi dvoma hladinami jemného stavu základného stavu atómu cézia-133.
Predtým bol každý atóm v atómových hodinách považovaný za samostatnú časticu, a preto interakcie medzi atómami môžu spôsobiť nepresnosti vo vykonaných meraniach. „Kvantový systém s mnohými telami“použitý v novom projekte však organizuje atómy podľa určitého vzoru, ktorý im umožňuje blokovať ich interakcie bez ohľadu na to, koľko atómov vedci nakoniec do prístroja zaviedli. Stav látky známy ako degenerovaný Fermiho plyn (plyn zložený z fermilových častíc) umožňuje kvantifikovať všetky atómy v systéme.
„Najdôležitejším aspektom potenciálu kvantových plynových hodín je jej schopnosť zvyšovať počet atómov, čo má za následok obrovské zvýšenie stability,“vysvetľuje fyzik Jun Yeh z Národného inštitútu pre normy a technológie (NIST), ktorý na projekte pracoval. Podľa neho ľudstvo vstupuje do „skutočne vzrušujúcej éry, keď môžeme podrobiť kvantovému inžinierstvu meranie konkrétnych množstiev“. Pri laboratórnych testoch bola chyba 3,5 x 10 kvintiliónov - to sú prvé atómové hodiny, ktoré dosiahli takú pôsobivú presnosť.
Thomas O'Brien, vedúci kvantovej fyziky NIST a vedúci projektu, uvádza, že „stronciové hodiny využívajúce kvantový plyn sú nápadným príkladom technológie„ novej kvantovej revolúcie “, niekedy označovanej ako„ kvantová 2.0 “. Je tiež presvedčený, že takýto prístup a vývoj podobných technológií v budúcnosti umožní použitie kvantových korelácií pre širokú škálu meraní a dokonca aj pre technológie, ktoré nesúvisia s časom.
Propagačné video:
Čas a priestor
Napríklad atómové hodiny sú vynikajúce pre výskum porozumenia temnej hmoty. Vedci už navrhli, že štúdia drobných chýb pri prevádzke atómových hodín nebude sledovať nič iné ako „vrecká“tmavej hmoty v priestore. Predchádzajúce štúdie ukázali, že systém atómových hodín a dokonca aj jeden taký vysoko citlivý prístroj môžu zaznamenať zmeny vo frekvencii vibrácií atómov a laserového žiarenia, ak prechádzajú oblasťou temnej hmoty. Vzhľadom na to, že nový projekt je oveľa stabilnejší a presnejší ako jeho predchodcovia, možno nám pomôže odhaliť jedno z najzaujímavejších záhad vesmíru.
Vasily Makarov