Създава първия в света атомен часовник със силно заредени йони

Силно заредените йони са често срещана форма на материя в космоса, като Слънцето и други звезди.

Наричат ​​ги така, защото са загубили многоелектрони и имат висок положителен заряд. Ето защо в тях най-външните електрони са по-силно свързани с атомното ядро, отколкото в неутралните или слабо заредените атоми. Поради тази причина силно заредените йони реагират по-малко на смущения от външни електромагнитни полета, но стават по-чувствителни сонди на фундаменталните ефекти на специалната теория на относителността, квантовата електродинамика и атомното ядро. „Следователно очаквахме, че оптичните атомни часовници със силно заредени йони ще ни помогнат да тестваме по-добре тези фундаментални теории“, обяснява физикът Лукас Шпис.

Преди това екипът трябваше да реши някоиФундаментални проблеми като откриване и охлаждане: за атомните часовници частиците трябва да бъдат охладени много, за да ги спрат възможно най-много и по този начин да преброят честотата на трептене. Силно заредените йони обаче се произвеждат чрез създаване на изключително гореща плазма. Поради екстремната си атомна структура силно заредените йони не могат да бъдат охладени директно с помощта на лазерна светлина, нито могат да се използват стандартни методи за откриване. Този проблем беше решен чрез сътрудничество между института Макс Планк в Хайделберг и института QUEST чрез извличане на единичен силно зареден аргонов йон от гореща плазма и съхраняването му в йонен капан заедно с еднократно зареден берилиев йон. Това позволява силно зареден йон да бъде индиректно охладен и изследван с помощта на берилиевия йон. След това в Института Макс Планк е създадена подобрена система за криогенни капани, която е доразвита в Германския национален институт по метрология за следващите експерименти. Впоследствие квантов алгоритъм, разработен в Германския национален институт по метрология, позволи силно зареденият йон да бъде охладен още повече, а именно близо до квантовото механично основно състояние. Това съответства на температура от 200 милионни от келвина над абсолютната нула.

Сега изследователите са направили успешно следнотостъпка: те създадоха оптичен атомен часовник, базиран на тринадесеткратно заредени аргонови йони и сравниха тяхното представяне със съществуващите часовници с итербиеви йони. За да направят това, те трябваше да анализират системата много подробно, за да разберат например движението на силно зареден йон и влиянието на външните интерферентни полета. Те постигнаха грешка при измерване от 2 части в 1017, което е сравнимо с много оптични атомни часовници, които в момента работят. „Очакваме допълнително намаляване на несигурността чрез технически подобрения, които трябва да ни изравнят с най-добрите атомни часовници“, казва ръководителят на изследователския екип Пийт Шмид.

По този начин изследователите са създали сериознаконкуренция със съществуващите оптични атомни часовници, базирани например на отделни итербиеви йони или неутрални атоми на стронций. Използваните методи са универсални и позволяват изследването на много различни високо заредени йони.

Прочетете още:

Археолозите официално потвърдиха легендите от Библията

Откриха гроба на "жрицата" на Афродита: учените показаха какво са открили там

Учените са видели какво има на територията на столицата на маите. Находката ги изненада.