Een groep natuurkundigen kondigde de beste prestatie aan atoomklokken sinds wanneer.
Het instrument zou de tijd zo nauwkeurig meten dat het slechts om de 300 miljard jaar een seconde verliest, wat nauwkeurigere metingen van zwaartekrachtsgolven, donkere materie en andere fysieke verschijnselen mogelijk maakt. Een studie op basis van onderzoek onder leiding van de Universiteit van Wisconsin-Madison werd woensdag (16 februari) gepubliceerd in het tijdschrift Nature.
Shimon Kolkowitz, hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Wisconsin-Madison en senior auteur van de studie, zei in een verklaring verklaring. “We werken eraan om hun prestaties te verbeteren en nieuwe applicaties te ontwikkelen die mogelijk worden gemaakt door deze verbeterde prestaties.”
Verwant: NASA’s atoomklok zal pionieren in diepe ruimtevaart
Over het algemeen zijn atoomklokken de klokken die: Echo-tracking Van de frequenties van de atomen zijn ze meestal cesium- of rubidium-atomen. Met dit proces kunnen dergelijke klokken de tijd met een hoge mate van nauwkeurigheid meten. NASA-bureau Atoomklok in de verre ruimte Het is een voorbeeld van een ruimte-experiment, waarbij de technologie twee jaar in een baan om de aarde werd getest.
Atoomklokken werken door de energieniveaus van elektronen bij te houden. “Wanneer een elektron van energieniveau verandert, absorbeert of straalt het licht uit met een frequentie die vergelijkbaar is met alle atomen van een bepaald element”, verklaarde de universiteit in dezelfde verklaring. “Optische atoomklokken houden de tijd bij met een laser die is afgestemd op die frequentie, en ze hebben enkele van ’s werelds meest geavanceerde lasers nodig om de tijd nauwkeurig bij te houden.”
De nieuwe studie creëerde een gemultiplexte klok, die scheidde strontium Atomen in een lijn in een enkele vacuümkamer. Het team gebruikte een “relatief inferieure laser”, zoals Kolkowitz het noemde, die nog steeds in staat is om bijna recordniveaus van meetnauwkeurigheid te produceren.
Als ze de laser slechts één uur laten schijnen, prikkelt de laser elektronen in hetzelfde aantal atomen slechts een tiende van een seconde. Maar met twee uur tegelijkertijd bleven de atomen 26 seconden aangeslagen.
“Meestal zullen onze lasers de prestaties van deze horloges beperken”, zei Kolkowitz. “Maar omdat de horloges zich in dezelfde omgeving bevinden en exact hetzelfde laserlicht belichten, verdwijnt het lasereffect volledig.”
De groep probeerde vervolgens specifiek de verschillen tussen de klokken te meten, omdat twee groepen atomen in enigszins verschillende omgevingen met verschillende snelheden “schoppen” als gevolg van veranderingen in magnetische of zwaartekrachtvelden. Het team voerde het experiment meer dan 1.000 keer uit om het verschil te meten, en vond in de loop van de tijd meer nauwkeurigheid in deze meting.
Uiteindelijk ontdekten de onderzoekers een verschil in de signaleringssnelheid tussen twee atoomklokken dat “overeenkomt met een verschil van slechts één seconde per 300 miljard jaar – een nauwkeurige tijdwaarnemingsmeting die een wereldrecord vestigt voor twee klokken die ruimtelijk gescheiden zijn”, de universiteit zei.
Toevallig publiceerde een niet-gerelateerd onderzoek in hetzelfde nummer van Nature een frequentieverschil tussen de boven- en onderkant van een wolk van verspreide atomen, ongeveer 10 keer beter dan dat van de UW-Madison-groep.
De andere studie, geleid door een onderzoeksinstituut in Colorado genaamd JILA (voorheen het Joint Institute for Laboratory Astrophysics), vestigde het algehele wereldrecord voor het kleinste frequentieverschil. De UW-Madison-groep komt op de tweede plaats.
“Het verrassende is dat we vergelijkbare prestaties hebben laten zien als de JILA-reeks, ondanks het feit dat we een laser gebruiken die een orde van grootte slechter is”, zei Kolkowitz. “Dit is echt belangrijk voor veel toepassingen in de echte wereld, waar onze laser veel lijkt op wat je in het veld zou krijgen.”
Volg Elizabeth Howell op Twitter Tweet insluiten. Volg ons op Twitter Tweet insluiten of Facebook.
“Reisliefhebber. Onruststoker. Popcultuurfanaat. Kan niet typen met bokshandschoenen aan.”