Pincet kan hjælpe med at fortælle tiden mere præcist

Atomure bruges rundt om i verden til præcist at fortælle tid. Hvert "kryds" på uret afhænger af atomvibrationer og deres virkninger på omgivende elektromagnetiske felter. Standard atomure i brug i dag, baseret på atomet cæsium, fortælle tid ved at "tælle" radiofrekvenser. Disse ure kan måle tiden til en præcision på et sekund pr. Hundrede millioner af år. Nyere atomure, der måler optiske lysfrekvenser, er endnu mere præcise, og kan i sidste ende erstatte de radiobaserede.

Nu, forskere ved Caltech og Jet Propulsion Laboratory (JPL), som administreres af Caltech for NASA, er kommet med et nyt design til et optisk atomur, der lover at være det mest nøjagtige og præcise endnu (nøjagtighed refererer til urets evne til korrekt at fastgøre tiden, og præcision refererer til dens evne til at fortælle tiden i fine detaljer). Tilnavnet "pincet ur, "det anvender teknologi, hvor såkaldte laserpincet bruges til at manipulere individuelle atomer.

"Et af fysikernes mål er at kunne fortælle tiden så præcist som muligt, "siger Manuel Endres, en adjunkt i fysik ved Caltech, der ledede et nyt papir, der beskriver resultaterne i tidsskriftet Fysisk gennemgang X . Endres forklarer, at selvom de ultrapræcise ure måske ikke er nødvendige til daglige formål med at tælle tid, de kan føre til fremskridt inden for grundlæggende fysikforskning samt nye teknologier, der endnu ikke er forestillet.

Det nye urdesign bygger på to typer optiske atomure, der allerede er i brug. Den første type er baseret på et enkelt fanget ladet atom, eller ion, mens den anden bruger tusinder af neutrale atomer fanget i det, der kaldes et optisk gitter. I metoden med fanget ion, kun ét atom (ion) skal isoleres og kontrolleres præcist, og dette forbedrer nøjagtigheden af ​​uret. På den anden side, den optiske gittertilgang har fordel af at have flere atomer - med flere atomer er der færre usikkerheder, der opstår på grund af tilfældige kvantesvingninger i individuelle atomer.

Atomurets design fra Endres 'gruppe kombinerer i det væsentlige fordelene ved de to designs, høster fordelene ved begge. I stedet for at bruge en samling af mange atomer, som det er tilfældet med den optiske gittermetode, det nye design bruger 40 atomer - og disse atomer styres præcist med laserpincet. I denne henseende det nye design drager fordel ikke kun ved at have flere atomer, men også ved at lade forskere styre disse atomer.

"Denne fremgangsmåde bygger bro mellem to grene af fysik-enkeltatomkontrolteknikker og præcisionsmåling, "siger Ivaylo Madjarov, en Caltech -kandidatstuderende og hovedforfatter af det nye studie. "Vi er banebrydende for en ny platform for atomure."

Madjarov forklarer, at generelt, atomerne i atomure fungerer som tuning gafler for at hjælpe med at stabilisere de elektromagnetiske frekvenser, eller laserlys. "Svingningerne i vores laserlys fungerer som et pendul, der tæller tidens gang. Atomer er en meget pålidelig reference, der sikrer, at pendulet svinger med en konstant hastighed."

Teamet siger, at det nye system er ideelt til fremtidig forskning i kvanteteknologier. Atomer i disse systemer kan blive viklet ind, eller globalt forbundet, og denne sammenfiltrede tilstand kan yderligere stabilisere uret. "Vores tilgang kan også bygge en bro til kvanteberegning og kommunikationsarkitekturer, "siger Endres." Ved at fusionere forskellige teknikker inden for fysik, vi er gået ind i en ny grænse. "

Det Fysisk gennemgang X papiret har titlen, "Et optisk ur med atomarray med enkeltatomaflæsning."