Yeni bir tür atom saati, henüz evrenin ömründen bin kat daha sorunsuz bir şekilde geçme yeteneği ile inşa edilmiş olanlardan daha kesindir. Bugüne kadarki en iyi zaman tutucusu olmasının yanı sıra, yeni kuantum gazı saati bir gün yeni fizik hakkında bilgi verebilir.
JILA'daki araştırmacılar (eski adıyla Ortak Astrofizik Ortak Enstitüsü olarak da biliniyordu), bir saat oluşturmak için stronsiyum atomları ve bir dizi lazer ışını kullandılar, böylece daha küçük ölçeklerde yerçekimi etkileşimini hiç olmadığı kadar ölçebiliyorlardı. . Bunu yaparken, diğer temel güçlerle olan ilişkisinin doğasına ışık tutabilir, onlarca yıldır fizikçileri şaşırtan bir gizem.
Atomik saatler çok hassas bir metronom gibi atomların titreşimlerini kullanarak zamanı ölçer. Mevcut atomik saatler on milyarlarca yıl boyunca saniyeler içinde kapalı. Bu en yeni yineleme, yaklaşık 90 milyar yıl içinde sadece 1 saniye kapalı olacak kadar hassastır.
Bu tür bir hassasiyeti elde etmek için ekip, hareket etmelerini ve birbirlerine çarpmalarını önlemek için stronsiyum atomlarını soğutdu - titreşimlerini atabilecek bir şey. İlk olarak, atomları lazerlerle vurdular. Lazerlerde fotonlar vurduğunda, atomlar enerjilerini emdiler ve bir foton yaydılar, kinetik enerji kaybediyorlar ve soğuyorlar. Ama bu onları yeterince soğutmadı. Bu yüzden onları daha da soğuk hale getirmek için, ekip evaporatif soğutmaya güvenerek, stronsiyum atomlarının bazılarının buharlaşmasına ve daha fazla enerji kabul etmesine izin verdi. Mutlak sıfırın üstünde bir derece sadece 10 ila 60 milyarıncı bir sıcaklıkta veya eksi 459 Fahrenheit (eksi 273 santigrat derece) sıcaklıkta 10.000 ila 100.000 atom kaldılar.
Soğuk atomlar, 3D lazer düzenlemesi ile hapsedildi. Kirişler birbirine müdahale edecek şekilde ayarlandı. Bunu yaparken potansiyel kuyular olarak adlandırılan düşük ve yüksek potansiyel enerjili bölgeler yarattılar. Kuyucuklar yığılmış yumurta kartonları gibi davranır ve her biri stronsiyum atomu tutar.
Atomlar o kadar soğuktu ki, birbirleriyle etkileşime girmeyi bıraktılar - atomların rastgele dolaştığı ve arkadaşlarından sektiği normal bir gazın aksine, bu tür soğutulmuş atomlar oldukça hareketsiz kalır. Daha sonra, aralarındaki mesafe katı stronsiyumda bulunandan çok daha büyük olmasına rağmen, daha az gaz ve daha çok katı gibi davranmaya başlarlar.
Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü fizikçisi proje lideri Jun Ye, "Bu bakış açısından, çok ilginç bir malzeme; şimdi sağlam bir devlet gibi özelliklere sahip," dedi. (JILA, NIST ve Boulder'daki Colorado Üniversitesi tarafından ortaklaşa işletilmektedir.)
Bu noktada, saat zaman tutmaya hazırdı: Araştırmacılar atomlara bir lazerle çarptılar, stronsiyum çekirdeğinin etrafında dönen elektronlardan birini heyecanlandırdılar. Elektronlar kuantum mekaniğinin yasaları tarafından yönetildiği için, bir kez heyecanlandığında elektronun hangi enerji seviyesinin içinde olduğunu söyleyemez ve sadece bir ya da diğerinde olma olasılığı olduğunu söyleyebilir. Elektronu ölçmek için 10 saniye sonra atoma başka bir lazer ateşlediler. Bu lazer, elektronun çekirdeğin etrafındaki yerini, lazerden bir foton atom tarafından yeniden yayıldığını ve o dönemde (10 saniye) kaç kez salındığını ölçer.
Binlerce atom üzerinde bu ölçümün ortalamasını almak, bu atom saatine hassasiyetini veren şeydir, tıpkı binlerce özdeş sarkaçın atımlarının ortalamasının alınması, bu sarkacın periyodunun ne olması gerektiği konusunda daha kesin bir fikir verecektir.
Şimdiye kadar, atomik saatlerin 3D kafesin aksine sadece tek bir "dizeleri" vardı, bu yüzden bunun kadar ölçüm yapamadıklarını söyledi.
“Saatleri karşılaştırmak gibi,” dedi Ye. "Bu benzetmeyi kullanarak, atomlardaki lazer nabız tutarlı bir salınım başlatır. On saniye sonra nabzı tekrar açıp elektrona 'Neredesin?' Sorusunu soruyoruz." Bu ölçüm binlerce atomun ortalamasıdır.
Elektronları aradaki durumda tutmak zor, dedi Ye, ve bu da atomların çok soğuk olması gerektiğinin bir başka nedeni, elektronların yanlışlıkla başka hiçbir şeye dokunmaması.
Saat, trilyonlarca saniyeyi 1 kısma kadar ölçebilir. Bu yetenek gerçekten iyi bir zaman tutucusundan daha fazlasını yapar; karanlık madde gibi olayların aranmasında yardımcı olabilir, dedi Ye. Örneğin, atomların geleneksel teorilerin öngördüğünden farklı davranıp davranmadığını görmek için böyle bir doğru zamanlayıcı kullanarak uzayda bir deney kurulabilir.
Çalışma Science dergisinin 6 Ekim sayısında detaylandırılmıştır.
