Что связывает квантовые часы и темную материю: игра со временем
Обсудить 0
Ученые из лаборатории Boulder’s JILA при Университете Колорадо разработали невероятно точные квантовые атомные часы, дизайн которых основан на уникальной трехмерной структуре. Проект буквально установил новую планку показателя качества (quality factor) — метрики, характеризующей точность измерений. Часы формируют атомы стронция в куб, что в 1000 раз плотнее предыдущей модели одномерных часов. Впервые дизайн позволяет ученым успешно использовать для этой цели так называемый «квантовый газ».
Самые точные часы в мире
Атомные часы (иначе квантовые, или молекулярные часы) — это прибор для измерения времени, в котором в качестве периодического процесса используются не стрелки циферблата, а колебания, происходящие на атомарном и молекулярном уровне. К примеру, согласно международной системе СИ, 1 секунда равна 9 192 631 770 периодам электромагнитного излучения, возникающего при переходе между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.
Раньше каждый атом в атомных часах рассматривался как отдельная частица, и поэтому взаимодействия между атомами могли вызывать неточности в сделанных измерениях. Однако »квантовая система многих тел», используемая в новом проекте, организует атомы по определенному шаблону, что позволяет заблокировать их взаимодействие вне зависимости от того, какое число атомов ученые в итоге ввели в аппарат. Состояние материи, известное как вырожденный Ферми-газ (газ, состоящий из частиц Ферми), позволяет квантовать все атомы системы.
«Самый важный аспект потенциала квантовых газовых часов — это способность увеличивать количество атомов, что приводит к огромному приросту стабильности», поясняет физик физик Джун Йе их Национального института стандартов и технологий (NIST), который работал над проектом. По его словам, человечество вступает в «по-настоящему захватывающую эпоху, когда мы можем подвергать материю квантовой инженерии для измерения весьма конкретных величин». Во время лабораторных испытаний погрешность составила 3,5 на 10 квинтиллионов — это первые атомные часы, которые достигли столь впечатляющей точности.
Томас О'Брайан, руководитель отдела квантовой физики NIST и руководитель проекта, заявляет, что «стронциевые часы, использующие квантовый газ, являются поразительным примером технологий «новой квантовой революции», которую иногда называют «квантом 2.0». Он также уверен, что подобный подход и развитие подобных технологий в будущем позволит использовать квантовые корреляции для широкого спектра измерений и даже для технологий, не имеющих отношения ко времени.
Время и пространство
Атомные часы, к примеру, отлично подходят для исследований, направленных на понимание темной материи. Исследователи уже вызвали предположение, что изучение незначительных погрешностей в работе атомных часов позволит отслеживать ни что иное, как «карманы» темной материи в пространстве. Предыдущие исследования показали, что система атомных часов и даже один такой высокочувствительный аппарат могут регистрировать изменение частоты вибрации атомов и лазерного излучения, если они пройдут через область с темной материей. Учитывая, что новый проект куда более стабилен и точен, чем его предшественники, возможно именно он поможет нам разгадать одну из самых интересных тайн Вселенной.
