Eine Gruppe von Physikern verkündete die beste Leistung Atomuhren seit wann.
Das Instrument soll die Zeit so genau messen, dass es nur alle 300 Milliarden Jahre eine Sekunde verliert, was genauere Messungen von Gravitationswellen, dunkler Materie und anderen physikalischen Phänomenen ermöglicht. Eine Studie, die auf einer von der University of Wisconsin-Madison geleiteten Forschung basiert, wurde am Mittwoch (16. Februar) in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
Shimon Kolkowitz, Physikprofessor an der University of Wisconsin-Madison und leitender Autor der Studie, sagte in einer Erklärung Aussage. „Wir arbeiten daran, ihre Leistung zu verbessern und neue Anwendungen zu entwickeln, die durch diese verbesserte Leistung ermöglicht werden.“
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Im Allgemeinen sind Atomuhren die Uhren, die Echoverfolgung Von den Frequenzen der Atome sind es normalerweise Cäsium- oder Rubidiumatome. Dieser Prozess ermöglicht es solchen Uhren, die Zeit mit einem hohen Maß an Genauigkeit zu messen. NASA-Agentur Atomuhr im Weltraum Es ist ein Beispiel für ein Weltraumexperiment, bei dem die Technologie zwei Jahre lang im Orbit getestet wurde.
Atomuhren funktionieren, indem sie die Energieniveaus von Elektronen verfolgen. „Wenn ein Elektron das Energieniveau ändert, absorbiert oder emittiert es Licht mit einer ähnlichen Frequenz wie alle Atome eines bestimmten Elements“, erklärte die Universität in derselben Erklärung. „Optische Atomuhren halten die Zeit mit einem Laser, der genau auf diese Frequenz abgestimmt ist, und sie benötigen einige der fortschrittlichsten Laser der Welt, um die Zeit genau zu halten.“
Die neue Studie erstellte eine gemultiplexte Uhr, die getrennt wurde Strontium Atome in einer Linie in einer einzigen Vakuumkammer. Das Team verwendete einen „relativ minderwertigen Laser“, wie Kolkowitz es nannte, der immer noch in der Lage ist, nahezu rekordverdächtige Messgenauigkeiten zu erzielen.
Wenn sie den Laser nur eine Stunde lang einstrahlen, regt der Laser Elektronen in der gleichen Anzahl von Atomen nur für eine Zehntelsekunde an. Aber bei zwei Stunden gleichzeitig blieben die Atome 26 Sekunden lang angeregt.
„Normalerweise schränken unsere Laser die Leistung dieser Uhren ein“, sagte Kolkowitz. „Aber weil sich die Uhren in der gleichen Umgebung befinden und genau das gleiche Laserlicht ausstrahlen, lässt der Lasereffekt vollständig nach.“
Die Gruppe versuchte dann, die Unterschiede zwischen den Uhren gezielt zu messen, da zwei Gruppen von Atomen in leicht unterschiedlichen Umgebungen aufgrund von Änderungen in Magnet- oder Gravitationsfeldern unterschiedlich schnell „schlagen“. Das Team führte das Experiment mehr als 1.000 Mal durch, um den Unterschied zu messen, und stellte fest, dass diese Messung im Laufe der Zeit genauer war.
Letztendlich stellten die Forscher einen Unterschied in der Signalrate zwischen zwei Atomuhren fest, der „einer Abweichung von nur einer Sekunde alle 300 Milliarden Jahre voneinander entspricht – eine präzise Zeitmessung, die einen Weltrekord für zwei räumlich getrennte Uhren aufstellt“, so die Universität sagte.
Zufälligerweise veröffentlichte eine unabhängige Studie in derselben Ausgabe von Nature einen Frequenzunterschied zwischen der Ober- und Unterseite einer Wolke aus verteilten Atomen, der etwa zehnmal besser ist als der der UW-Madison-Gruppe.
Die andere Studie, die von einem Forschungsinstitut in Colorado namens JILA (ehemals Joint Institute for Laboratory Astrophysics) geleitet wurde, stellte den Gesamtweltrekord für den kleinsten Frequenzunterschied auf. Die UW-Madison-Gruppe belegt den zweiten Platz.
„Das Überraschende ist, dass wir eine ähnliche Leistung wie die JILA-Reihe gezeigt haben, obwohl wir einen um eine Größenordnung schlechteren Laser verwenden“, sagte Kolkowitz. „Das ist wirklich wichtig für viele Anwendungen in der realen Welt, bei denen unser Laser dem ähnelt, was Sie im Feld erhalten würden.“
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