Vytvořil první atomové hodiny na světě s vysoce nabitými ionty

Vysoce nabité ionty jsou běžnou formou hmoty ve vesmíru, jako je Slunce a další hvězdy.

Říká se jim tak, protože hodně ztratilielektrony a mají vysoký kladný náboj. To je důvod, proč jsou v nich nejvzdálenější elektrony pevněji vázány k atomovému jádru než v neutrálních nebo slabě nabitých atomech. Z tohoto důvodu vysoce nabité ionty méně reagují na interference z vnějších elektromagnetických polí, ale stávají se citlivějšími sondami základních účinků speciální teorie relativity, kvantové elektrodynamiky a atomového jádra. „Proto jsme očekávali, že optické atomové hodiny s vysoce nabitými ionty nám pomohou lépe otestovat tyto základní teorie,“ vysvětluje fyzik Lukas Spies.

Dříve musel tým některé řešitZásadní problémy jako je detekce a chlazení: u atomových hodin je potřeba částice velmi zchladit, aby je co nejvíce zastavily a počítaly tak frekvenci kmitání. Vysoce nabité ionty však vznikají vytvořením extrémně horkého plazmatu. Vzhledem k jejich extrémní atomové struktuře nelze vysoce nabité ionty chladit přímo pomocí laserového světla, ani nelze použít standardní metody detekce. Tento problém byl vyřešen díky spolupráci mezi Max Planck Institute v Heidelbergu a QUEST Institute oddělením jednoho vysoce nabitého iontu argonu z horké plazmy a jeho uložením do iontové pasti spolu s jednou nabitým iontem berylia. To umožňuje nepřímo ochlazovat vysoce nabitý iont a studovat pomocí iontu berylia. V Institutu Maxe Plancka byl poté postaven vylepšený systém kryogenní pasti, který byl dále vyvinut v Německém národním metrologickém institutu pro následující experimenty. Následně kvantový algoritmus vyvinutý v Německém národním metrologickém institutu umožnil ochlazení vysoce nabitého iontu ještě dále, konkrétně v blízkosti kvantově mechanického základního stavu. To odpovídalo teplotě 200 milióntin kelvinu nad absolutní nulou.

Nyní vědci úspěšně provedli následujícíkrok: vytvořili optické atomové hodiny založené na třináctinásobně nabitých argonových iontech a porovnali jejich výkon se stávajícími ytterbiovými iontovými hodinami. K tomu museli systém velmi podrobně analyzovat, aby pochopili například pohyb vysoce nabitého iontu a vliv vnějších interferenčních polí. Dosáhli chyby měření 2 díly v 1017, což je srovnatelné s mnoha optickými atomovými hodinami, které jsou v současné době v provozu. „Očekáváme další snížení nejistoty prostřednictvím technických vylepšení, která by nás měla vyrovnat nejlepším atomovým hodinám,“ říká vedoucí výzkumného týmu Pete Schmidt.

Tak, výzkumníci vytvořili vážnékonkurence se stávajícími optickými atomovými hodinami založenými například na jednotlivých iontech ytterbia nebo neutrálních atomech stroncia. Použité metody jsou univerzální a umožňují studium mnoha různých vysoce nabitých iontů.

Přečtěte si více:

Archeologové oficiálně potvrdili legendy z Bible

Hrob "kněžky" Afrodity byl nalezen: vědci ukázali, co tam našli

Vědci viděli, co je na území hlavního města Mayů. Nález je překvapil.