Физици от Германския институт по метрология, обединявайки сили с тайландските си колеги, са на прага на предефиниране на начина, по който човечеството измерва времето. Фокусът им е върху йоните на итербий-173, които биха могли да променят правилата за разработване на оптични атомни часовници.
Откритието, което може да преобърне стандартите за измерване на времето
Светът разчита на цезиеви стандарти от десетилетия, но тяхната прецизност е на изчерпване. Оптичните системи работят на честоти 100 000 пъти по-високи от микровълновото излъчване на цезия. Тази разлика позволява времето да бъде „нарязано“ на много по-малки сегменти, постигайки досега недостижима прецизност, пише SciTechDaily.
Прочетете също: История на лятното и зимното време: Кои държави местят стрелките на часовника
Досега учените бяха изправени пред избор: да използват или еднойонни системи ( например, базирани на итербий-171), които предлагат невероятна прецизност, или полиатомни структури, като стронций, които предлагат стабилност. Екипът на Таня Мьолщойблер реши да предприеме по-сложен подход, опитвайки се да комбинира тези два свята в рамките на многойонна система.
Тайната се крие в самия изотоп. Ядрото на итербий-173 има уникална структура - то е деформирано и има висок спин, генерирайки мощни полета, които пряко влияят на електронната обвивка. В резултат на това „ забранените“ квантови преходи стават напълно законни. Следователно, възбуденото състояние на атома се поддържа за относително дълго време, което е критично за стабилността на всякакви измервания.
Прочетете също: Какво се случва с мозъка ни и защо изглежда, че времето тече по-бавно, когато ни е скучно?
Освен очевидната си цел да предефинира секундата в системата SI, итербий-173 обещава значителен потенциал в бъдещите компютърни технологии. Благодарение на способността си едновременно да обработва множество квантови състояния, този йон е отлична платформа за изграждане на мултикубитови системи в квантови компютри, където лазерната манипулация позволява безпрецедентна прецизност.
Важно е да се отбележи, че измерванията на времето на живот на „ часовника“ на този изотоп надхвърлят възможностите на обикновената метрология. Тези данни предоставят на учените прозорец към атомното ядро, позволявайки извършването на тестове, които потенциално биха могли да развият физиката към идентифициране на ефекти, понастоящем извън обхвата на Стандартния модел.
Интересен факт е, че за най-точния атомен часовник в света се счита за този в JILA (Съвместен институт за лабораторна астрофизика), изследователски център, базиран в Университета на Колорадо, Боулдър. Този център е съвместен проект между университета и Националния институт за стандарти и технологии. В часовника, охладени до ултраниски температури, атоми на стронций се поставят в така наречените оптични капани. Лазер кара атомите да вибрират със скорост от 430 трилиона цикъла в секунда. В резултат на това, за 5 милиарда години, устройството ще натрупа грешка от само 1 секунда.
Прочетете също: Българският инженер, дал на света първия дигитален часовник, първите спътници и мисията на "Аполо"
