Fizicienii au prezentat recent publicului cel mai precis ceas din lume, al cărui design unic se bazează pe organizarea specială a atomilor de stronțiu în spațiul tridimensional. S-a dovedit că acest dispozitiv este util nu numai pentru măsurarea timpului, ci și pentru căutarea materiei întunecate misterioase în adâncurile spațiului.
Oamenii de știință de la Laboratorul JILA Boulder de la Universitatea din Colorado au dezvoltat un ceas atomic cuantic incredibil de precis bazat pe o structură tridimensională unică. Proiectul a stabilit literalmente un nou punct de referință pentru factorul de calitate - o metrică care caracterizează precizia măsurării. Ceasul formează atomi de stronțiu într-un cub, care este de 1000 de ori mai dens decât ceasul unidimensional anterior. Pentru prima dată, proiectarea le permite oamenilor de știință să folosească cu succes așa-numitul „gaz cuantic” în acest scop.
Cel mai precis ceas din lume
Un ceas atomic (aka quantum, sau ceas molecular) este un dispozitiv pentru măsurarea timpului, în care, ca proces periodic, nu se folosește un mecanism de siliciu, ci vibrații care apar la nivel atomic și molecular. De exemplu, conform sistemului SI internațional, 1 secundă este egală cu 9 192 631 770 perioade de radiații electromagnetice care rezultă din tranziția între două niveluri hiperfine ale stării de bază a atomului de cesiu-133.
Anterior, fiecare atom dintr-un ceas atomic era considerat o particulă separată și, prin urmare, interacțiunile dintre atomi ar putea provoca inexactități în măsurătorile făcute. Cu toate acestea, „sistemul cuantic cu mai multe corpuri” utilizat în noul proiect organizează atomi după un anumit tipar, care le permite să blocheze interacțiunea lor, indiferent de câți oameni de știință atomi au introdus în cele din urmă în aparat. O stare de materie cunoscută sub numele de gaz Fermi degenerat (un gaz compus din particule Fermi) permite cuantificarea tuturor atomilor din sistem.
„Cel mai important aspect al potențialului unui ceas cu gaz cuantic este capacitatea sa de a crește numărul de atomi, ceea ce duce la o creștere uriașă a stabilității”, explică fizicianul Jun Yeh de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST), care a lucrat la proiect. Potrivit acestuia, umanitatea intră "într-o epocă cu adevărat interesantă când putem supune ingineriei cuantice pentru a măsura cantitățile specifice". În testele de laborator, eroarea a fost de 3,5 ori mai mult de 10 miliarde, primul ceas atomic care a obținut o precizie atât de impresionantă.
Thomas O'Brian, șeful fizicii cuantice și lider al proiectului NIST, afirmă că „un ceas de stronțiu care utilizează un gaz cuantic este un exemplu izbitor de tehnologii„ revoluție cuantică nouă”, denumite uneori„ cuantum 2.0”. El este, de asemenea, încrezător că o astfel de abordare și dezvoltarea de tehnologii similare în viitor vor permite utilizarea corelațiilor cuantice pentru o gamă largă de măsurători și chiar pentru tehnologii care nu au legătură cu timpul.
Video promotional:
Timp si spatiu
Ceasul atomic, de exemplu, este excelent pentru cercetarea înțelegerii materiei întunecate. Cercetătorii au sugerat deja că studiul erorilor minore în funcționarea ceasurilor atomice nu va urmări nimic altceva decât „buzunarele” materiei întunecate din spațiu. Studiile anterioare au arătat că un sistem de ceas atomic și chiar un astfel de aparat extrem de sensibil pot înregistra modificări ale frecvenței de vibrație a atomilor și a radiațiilor laser dacă trec printr-o zonă de materie întunecată. Având în vedere că noul proiect este mult mai stabil și mai precis decât predecesorii săi, poate ne va ajuta să dezvăluim unul dintre cele mai interesante mistere ale Universului.
Vasily Makarov
