Seit Kurzem erforschen Forscher auch die mögliche Entwicklung einer molekularen Uhr. Diese Systeme
„Unsere jüngste Arbeit ist das Ergebnis jahrelanger ArbeitBemühungen, die sogenannte molekulare Uhr zu schaffen“, sagte Tanya Zelevinsky, eine der Forscherinnen und Autorinnen der neuen Arbeit, in einem Interview mit Phys.org. „Wir haben uns von den schnellen Fortschritten bei der Genauigkeit von Atomuhren inspirieren lassen. Molekulare Uhren basieren auf einem anderen "Tick"-Mechanismus und können daher für zusätzliche Phänomene empfindlich sein. Eine davon ist die Vorstellung, dass sich die fundamentalen Konstanten der Natur im Laufe der Zeit nur sehr wenig ändern können. Eine andere Möglichkeit ist, dass sich die Schwerkraft zwischen sehr kleinen Objekten von Wechselwirkungen auf größeren Skalen unterscheidet.“
Von Zelevinsky und ihr geschaffene MolekularuhrKollegen basieren auf dem zweiatomigen Sr₂-Molekül, das strukturell zwei winzigen Kugeln ähnelt, die durch eine Feder verbunden sind. Die Uhr verwendet speziell die Schwingungsmodi dieses Moleküls als genaue Frequenzreferenz, die wiederum die Verfolgung der Zeit ermöglicht.
Das Bild von superkalten Molekülen, die in Atome zerlegt wurden, wurde von den Forschern verwendet. Foto: K. H. Leung
„Unsere Uhren erfordern den Einsatz von Lasern fürAtome nahe dem absoluten Nullpunkt abzukühlen und sie in optischen Fallen zu halten, wodurch sie sich zu Molekülen verbinden und hochpräzise „Uhr“-Laser auf sie richten, um tatsächlich eine Messung durchzuführen “, erklärte Zelevinsky. „Der Vorteil molekularer Uhren ist die sehr geringe Empfindlichkeit gegenüber magnetischen oder elektrischen Streufeldern und die sehr lange natürliche Lebensdauer von Schwingungsmoden.“
In einer in der Zeitschrift PhysicalReview X, Zelevinsky und Kollegen bewerteten die Genauigkeit molekularer Uhren in einer Reihe von Tests, indem sie ihre Abweichung maßen. Sie fanden heraus, dass ihr Design Fehlerquellen erheblich minimierte und die Uhr selbst einen systematischen Gesamtfehler von 4,6 × 10-14 erreichte, was eine besonders hohe Genauigkeit demonstriert.
Kleine Verschiebungen in der Position der Resonanz der Uhr in Abhängigkeit von der Wellenlänge des anregenden Lichts (durch Farbe gekennzeichnet) schränken die Genauigkeit einer vibrierenden Uhr ein. Foto: K. H. Leung
Molekulare Schwingungsuhr geschaffenvon einer Gruppe von Forschern, kann zum Standard für Terahertz-Frequenzanwendungen sowie zur Grundlage für die Entwicklung neuer Werkzeuge für die Molekülspektroskopie werden. Sein Design kann auch geändert werden, indem die Sr₂-Moleküle durch andere Isotopenvarianten (mit einer anderen Masse) ersetzt werden.
„Wir hoffen, in Zukunft molekulare Verfahren anwenden zu könnenAchten Sie darauf, die Molekülstruktur mit höchster Präzision zu verstehen und jede mögliche Signatur der nicht-newtonschen Gravitation im Nanometerbereich zu untersuchen“, schließt Zelevinsky.
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