Постои нов рекордер за најточен часовник во светот. Истражувачите од Националниот институт за стандарди и технологија (НИСТ) го подобрија својот атомски часовник, базиран на заробен алуминиумски јон. Како дел од најновиот бран на оптички атомски часовници, може да врши мерење на времето со точност од 19 децимални места.
Оптичките часовници обично се оценуваат на две нивоа - точност (колку блиску часовникот се приближува до мерењето на идеалното „вистинско“ време, познато и како систематска неизвесност) и стабилност (колку ефикасно часовникот може да го мери времето, поврзано со статистичката неизвесност). Овој нов рекорд во точноста произлегува од 20 години континуирано подобрување на алуминиумскиот јонски часовник.
Покрај неговата најдобра точност во светот, 41 % поголема од претходниот рекорд, овој нов часовник е исто така 2,6 пати постабилен од кој било друг јонски часовник. Достигнувањето на овие нивоа значеше внимателно подобрување на секој аспект на часовникот.
- Возбудливо е да се работи на најточниот часовник досега. Во НИСТ имаме можност да ги спроведуваме овие долгорочни планови за прецизно мерење што можат да го поттикнат полето на физиката и нашето разбирање на светот - истакна Мејсон Маршал, истражувач на НИСТ и прв автор на трудот.
- Алуминиумскиот јон прави исклучително добар часовник, со исклучително стабилна, високофреквентна стапка на „отчукување“. Неговите отчукувања се постабилни од оние на цезиумот, што ја дава моменталната научна дефиниција за секундата - вели Дејвид Хјум, физичар кој го води проектот за алуминиумски јонски часовник.
А алуминиумскиот јон не е толку чувствителен на некои услови на животната средина, како што се температурата и магнетните полиња Но, алуминиумскиот јон е малку срамежлив, објаснува Маршал. Алуминиумот е тешко да се испита и лади со ласери, двете неопходни техники за атомски часовници. Затоа, истражувачката група го спарила алуминиумскиот јон со магнезиум. Магнезиумот ги нема прекрасните својства на отчукување на алуминиумот, но може лесно да се контролира со ласери.
Еден предизвик бил дизајнот на стапицата каде што се држат јоните, што предизвикувало мали движења на јоните, што пак ја намалувало точноста на часовникот. Електричните нерамнотежи на спротивните страни од стапицата создавале дополнителни полиња што ги вознемирувале јоните. Тимот ја редизајнирал стапицата, ставајќи ја на подебела дијамантска плочка и модифицирајќи ги златните премази на електродите за да го поправат дисбалансот на електричното поле.
Тие, исто така, ги направиле златните слоеви подебели за да го намалат отпорот. Рафинирањето на стапицата на овој начин го забавило движењето на јоните и им дозволило да „отчукуваат“ непречено.
Тимот исто така, ја редизајнирал и вакуумската комора и ја обновил од титаниум, што го намали заднинскиот водороден гас за 150 пати. Тоа значело дека можат да поминат денови без повторно полнење на стапицата, наместо повторно полнење на секои 30 минути. Сè уште им била потребна уште една состојка: постабилен ласер за испитување на јоните и броење на нивните отчукувања. Верзијата на часовникот од 2019 година морала да работи со недели за да се пресмета просекот на квантните флуктуации - привремени случајни промени во енергетската состојба на јоните - предизвикани од неговиот ласер.
За да го скрати тоа време, тимот се обратил на Џун Је од НИСТ, чија лабораторија во ЈИЛА е домаќин на еден од најстабилните ласери во светот. Решеткавиот часовник на Је, „Стронциум 1“, го држеше претходниот рекорд за точност.
Со подобрувањето истражувачите можеле да ги испитуваат јоните цела секунда, во споредба со нивниот претходен рекорд од 150 милисекунди. Ова ја подобрува стабилноста на часовникот, намалувајќи го времето потребно за мерење до 19. децимално место од три недели, на ден и половина. Со овој нов рекорд, алуминиумскиот јонски часовник придонесува за редефинирање на многу поголеми нивоа на точност од претходно.
Извор: phys.org
Фото: Freepik