211service.com
Fiziķi atklāj pasaulē precīzāko pulksteni (un dvīni, lai to salīdzinātu)
Pulksteņi ir viena no mūsdienu pasaules pamattehnoloģijām. Bez ļoti precīziem pulksteņiem globālā pozicionēšanas sistēma nedarbotos pareizi, kā arī nebūtu iespējams sinhronizēt tīklus lielos attālumos. Un fiziķi paļaujas uz pulksteņiem, lai pārbaudītu Visuma pamatlikumus arvien dziļākos līmeņos.
Tāpēc svarīgs mērķis ir precīzāki un uzticamāki pulksteņi.
Šodien Endrjū Ludlovs no Nacionālā standartu un tehnoloģiju institūta Boulderā un daži draugi atklāj divus precīzākos pulksteņus, kas jebkad ir uzbūvēti. Viņi saka, ka viņu jaunie pulksteņi var noturēt laiku ar nepieredzētu precizitāti, proti, viena daļa 10-18.
Ludlovs un līdzgaitnieki to izvirza perspektīvā: mērījums 1018 daļskaitļu līmenī ir līdzvērtīgs zināmā Visuma vecuma noteikšanai ar precizitāti, kas ir mazāka par vienu sekundi vai Zemes diametru, kas ir mazāka par atoma platumu.
Viņu pulkstenis ir vienkāršs zvērs, vismaz principā. Pamatideja ir tāda, ka sekundi var definēt pēc atoma izstarotās gaismas frekvences, kad elektroni pamatstāvoklī pārlec citā stāvoklī.
Grūtības ir precīzi izmērīt šo frekvenci. Tas ir tāpēc, ka jebkura neliela atoma kustība rada Doplera efektu, kas maina frekvenci. Turklāt klaiņojošie elektriskie lauki var mainīt šīs elektroniskās pārejas, mainot to frekvenci. Šo parādību sauc par Stārka nobīdi. Šo nelielo kļūdu avotu pārvarēšana ir galvenais izaicinājums precīzu pulksteņu izveidē.
Ludlovs un draugi to ir izdarījuši, izmantojot tehnoloģiju, kas pazīstama kā optiskā režģa pulkstenis. Šajā pieejā viņi atlec lāzeru no spoguļa, lai izveidotu stāvošu gaismas vilni, kas veido režģi, lai notvertu atomus. Šī ir sava veida olu kaste, kurā atrodas atomi.
Pēc tam viņi piepilda šo olu kasti ar iterbija atomiem un apspiež tos ar citu lāzeru, lai redzētu, kādā frekvencē notiek elektroniskā pāreja.
Olu kaste ir svarīga, jo tā notur atomus skrūvējamā satvērienā, kas samazina jebkādus Doplera efektus.
Tomēr ar gaismu saistītie elektriskie lauki rada Stārka nobīdi. Komanda to apiet, izvēloties tā saukto burvju pāreju iterbijā, kurā abi elektroniskie stāvokļi tiek nobīdīti par vienādu daudzumu, atstājot pārejas frekvenci nemainīgu.
Un tā kā olu kastīti var piepildīt ar daudziem atomiem, Ludlovs un viņa kolēģi var veikt mērījumus, izmantojot daudzus atomus, lai iegūtu skaidrāku signālu.
Rezultāts ir pulkstenis, kas zaudē tikai vienu atzīmi no 1018 sitieniem.
Protams, nav iespējams izmērīt viena pulksteņa precizitāti, tāpēc šiem puišiem ir divi.
Jaunie pulksteņi nekavējoties ļauj izmantot vairākas jaunas un svarīgas lietojumprogrammas. Šie pulksteņi ir tik jutīgi, ka var viegli izmērīt gravitācijas sarkano nobīdi, kurā pulksteņi tikšķ lēnāk spēcīgākos gravitācijas laukos. Citiem vārdiem sakot, viņi var sajust auguma izmaiņas.
Mūsdienās labākie pulksteņi ir jutīgi pret daudzu metru vai kilometru izmaiņām. Jaunajam pulkstenim jāspēj saskatīt aptuveni 1 cm izmaiņas uz Zemes virsmas. Tas būs paredzēts tādiem lietojumiem kā hidroloģija, ģeoloģija un ledus paketes izmaiņu mērīšana klimata pārmaiņu pētījumos.
Fiziķi arī pārbaudītu, vai tādas lietas kā gravitācijas sarkanā nobīde un smalkā struktūra pastāvīgi mainās atkarībā no pozīcijas, ir svarīgi fizikas fundamentālie testi.
Pulksteņu uzlabošana ir nepārtraukts process, ko cilvēce ir veikusi vairākus tūkstošus gadu. Šie jaunākie pulksteņi ir visa šī darba iespaidīgā kulminācija, taču tuvākajā nākotnē tie noteikti tiks aptumšoti.
Patiešām, Ludlovs un kolēģi norāda uz dažādiem uzlabojumiem, kas viņiem bija jāveic tuvākajā nākotnē, lai padarītu savu pulksteni vēl labāku. Un, kad viņi to darīs, nākamie pulksteņi būs vēl labāki. Tāda ir tehnoloģiju būtība.
Atsauce: http://arxiv.org/abs/1305.5869 : Atompulkstenis ar 10-18 nestabilitāti