Созданы первые в мире оптические атомные часы на основе высокозаряженных ионов

Высокозаряженный ион

Высокозаряженные ионы являются достаточно распространенной формой материи в космосе, к примеру, они в больших количествах встречаются в недрах звезд и в поясах материи, окружающих черные дыры. Свое название эти ионы получили из-за того, что они потеряли все или большинство электронов, благодаря чему они являются носителем сильного положительного электрического заряда. Это, в свою очередь, обуславливает то, что оставшиеся электроны, если они присутствуют, имеют более сильную связь с ядром, чем электроны нейтральных атомов или слабозаряженных ионов.

Благодаря сильной взаимосвязи электронов с ядром высокозаряженные ионы менее подвержены влиянию внешних электромагнитных полей. С другой стороны, они приобретают некоторые уникальные свойства, которые можно использовать в качестве высокочувствительных датчиков, измеряющих эффекты Специальной Теории Относительности, квантовой электродинамики, сил сильных и слабых ядерных взаимодействий.

«Поэтому мы ожидали, что оптические атомные часы с высокозаряженными ионами обеспечат более точный отсчет промежутков времени, что позволит выполнить проверку некоторых фундаментальных теорий» — пишут исследователи.

Однако, для того, чтобы можно было использовать высокозаряженные ионы в атомных часах, их требуется охладить до сверхнизкой температуры. И тут возникает проблема, их можно получить, создавая сверхвысокотемпературную плазму. Ученые решили эту проблему путем изоляции из плазмы отдельного высокозаряженного иона аргона и помещения его в ионную ловушку рядом с обычным ионом бериллия.

Наличие второго иона позволяет при его помощи реализовать процедуру косвенного охлаждения высокозаряженного иона. Используя специальный квантовый алгоритм, высокозаряженный ион был охлажден практически до базового квантово-механического состояния, которое соответствует температуре в 200 миллионных долей Кельвина выше точки абсолютного нуля.

Затем исследователи сделали следующий шаг, они создали оптическую решетку, узлами которой являлись тринадцатикратно положительно заряженные ионы аргона, и подключили это к устройству считывания частоты колебаний этих ионов. Затем они сравнили точность получившихся атомных часов с точностью существующих часов на базе ионов иттербия и нейтральных атомов стронция.

Погрешность измерения времени новыми часами составила 2*10^-17, что вполне сопоставимо с точностью имеющихся оптических атомных часов. «Но мы планируем в будущем сократить эту погрешность путем некоторых технических усовершенствований» — пишут исследователи, — «И если это все пройдет удачно, то мы получим оптические атомные часы следующего поколения».

«Сейчас мы предполагаем, что высокозаряженные ионы некоторых химических элементов будут особенно чувствительны к изменениям тонкой структуры пространства-времени, вызванным влиянием частиц темной материи» — пишут исследователи, — «И атомные часы с такими ионами могут стать прекрасным детектором. Более того, эти же самые часы смогут стать детектором явлений, выходящих за рамки Стандартной Модели, которые нельзя обнаружить никаким другим способом».

Ключевые слова:
Ион, Электрон, Заряд, Атомные, Оптические, Часы, Точность

Первоисточник

Другие новости по теме:

  • Ученые установили новый рекорд, запутав 219 ионов, пойманных в квантовой ловушке
  • Сверхбыстрые ионы — путь к созданию скоростных квантовых компьютеров.
  • Новый чип может стать основой первого реального квантового компьютера
  • Немецкие ученые создали самые точные оптические атомные часы на основе единственного иона иттербия
  • Новый тип «ядерных» часов будет в 100 раз точнее, чем нынешние атомные часы.
  • Share Button

    Материалы по теме:

    Ученые нашли способ увеличения мощности лазерных импульсов до уровня, достаточного для исследований новых областей физики
    В опубликованной недавно работе международная группа ученых описала новый способ, который позволяет кардинально увеличить мощность, заключенную в импульсах лазерного света. В основе этого способа ...
    Точные измерения параметров больших космических тел позволят уточнить значение массы гравитона
    Группа ученых, в состав которой вошли исследователи из нескольких французских университетов и других научных учреждений, нашла новый способ, позволяющий уточнить значение верхнего предела массы ...
    Новая технология позволяет получить аттосекундные импульсы света при помощи обычного промышленного лазера
    Группа исследователей из университета Центральной Флориды разработала новый метод, позволяющий получить импульсы света, длительность которых исчисляется аттосекундами, используя на входе свет, вырабатываемый обычным лазером ...
    Создана самая маленькая в мире камера, способная снимать полноцветные изображения с высоким разрешением
    Исследователи из Принстонского и Вашингтонского университетов разработали крошечную камеру, размер которой сопоставим с размером крупицы соли, но которая, тем не менее, способна снимать полноцветные ...
    Зептосекунды — установлен новый рекорд в области измерения сверхкоротких интервалов времени
    В 1999 году Ахмед Зевейл (Ahmed Zewail), ученый-химик с египетскими корнями, стал лауреатом Нобелевской премии в области химии за измерение скорости, с которой происходят ...
    You can skip to the end and leave a response. Pinging is currently not allowed.

    Leave a Reply

    Яндекс.Метрика