Δημιούργησε το πρώτο ατομικό ρολόι στον κόσμο με πολύ φορτισμένα ιόντα

Τα πολύ φορτισμένα ιόντα είναι μια κοινή μορφή ύλης στο διάστημα, όπως ο Ήλιος και άλλα αστέρια.

Λέγονται έτσι γιατί έχασαν πολλάηλεκτρόνια και έχουν υψηλό θετικό φορτίο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο σε αυτά τα εξώτατα ηλεκτρόνια συνδέονται πιο ισχυρά με τον ατομικό πυρήνα παρά σε ουδέτερα ή ασθενώς φορτισμένα άτομα. Για το λόγο αυτό, τα πολύ φορτισμένα ιόντα ανταποκρίνονται λιγότερο σε παρεμβολές από εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία, αλλά γίνονται πιο ευαίσθητοι ανιχνευτές των θεμελιωδών επιδράσεων της ειδικής σχετικότητας, της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής και του ατομικού πυρήνα. «Ως εκ τούτου, περιμέναμε ότι τα οπτικά ατομικά ρολόγια με πολύ φορτισμένα ιόντα θα μας βοηθούσαν να δοκιμάσουμε καλύτερα αυτές τις θεμελιώδεις θεωρίες», εξηγεί ο φυσικός Lukas Spies.

Προηγουμένως, η ομάδα έπρεπε να λύσει κάποιαΘεμελιώδη προβλήματα όπως η ανίχνευση και η ψύξη: για τα ατομικά ρολόγια, τα σωματίδια πρέπει να ψύχονται πολύ για να σταματήσουν όσο το δυνατόν περισσότερο και έτσι να μετρηθεί η συχνότητα ταλάντωσης. Ωστόσο, τα πολύ φορτισμένα ιόντα παράγονται δημιουργώντας ένα εξαιρετικά ζεστό πλάσμα. Λόγω της ακραίας ατομικής τους δομής, τα πολύ φορτισμένα ιόντα δεν μπορούν να ψύχονται απευθείας χρησιμοποιώντας φως λέιζερ, ούτε μπορούν να χρησιμοποιηθούν τυπικές μέθοδοι ανίχνευσης. Αυτό το πρόβλημα επιλύθηκε μέσω μιας συνεργασίας μεταξύ του Ινστιτούτου Max Planck στη Χαϊδελβέργη και του Ινστιτούτου QUEST, διαχωρίζοντας ένα μόνο πολύ φορτισμένο ιόν αργού από ένα καυτό πλάσμα και αποθηκεύοντάς το σε μια παγίδα ιόντων μαζί με ένα μεμονωμένα φορτισμένο ιόν βηρυλλίου. Αυτό επιτρέπει σε ένα πολύ φορτισμένο ιόν να ψύχεται έμμεσα και να μελετάται χρησιμοποιώντας το ιόν βηρυλλίου. Στη συνέχεια κατασκευάστηκε ένα βελτιωμένο σύστημα κρυογονικής παγίδας στο Ινστιτούτο Max Planck, το οποίο αναπτύχθηκε περαιτέρω στο Γερμανικό Εθνικό Ινστιτούτο Μετρολογίας για τα ακόλουθα πειράματα. Στη συνέχεια, ένας κβαντικός αλγόριθμος που αναπτύχθηκε στο Γερμανικό Εθνικό Ινστιτούτο Μετρολογίας επέτρεψε στο υψηλά φορτισμένο ιόν να ψυχθεί ακόμη περισσότερο, δηλαδή κοντά στην κβαντομηχανική θεμελιώδη κατάσταση. Αυτό αντιστοιχούσε σε θερμοκρασία 200 εκατομμυριοστών του Κέλβιν πάνω από το απόλυτο μηδέν.

Τώρα οι ερευνητές έχουν κάνει με επιτυχία τα εξήςβήμα: δημιούργησαν ένα οπτικό ατομικό ρολόι βασισμένο σε δεκατρία φορτισμένα ιόντα αργού και συνέκριναν την απόδοσή τους με τα υπάρχοντα ρολόγια ιόντων υττερβίου. Για να γίνει αυτό, έπρεπε να αναλύσουν το σύστημα με μεγάλη λεπτομέρεια για να κατανοήσουν, για παράδειγμα, την κίνηση ενός πολύ φορτισμένου ιόντος και την επίδραση των εξωτερικών πεδίων παρεμβολής. Πέτυχαν ένα σφάλμα μέτρησης 2 μερών το 1017, το οποίο είναι συγκρίσιμο με πολλά οπτικά ατομικά ρολόγια που λειτουργούν αυτήν τη στιγμή. «Αναμένουμε περαιτέρω μείωση της αβεβαιότητας μέσω τεχνικών βελτιώσεων που θα μας φέρουν στο ίδιο επίπεδο με τα καλύτερα ατομικά ρολόγια», λέει ο επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας Pete Schmidt.

Έτσι, οι ερευνητές έχουν δημιουργήσει μια σοβαρήανταγωνισμός με υπάρχοντα οπτικά ατομικά ρολόγια που βασίζονται, για παράδειγμα, σε μεμονωμένα ιόντα υττερβίου ή ουδέτερα άτομα στροντίου. Οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται είναι καθολικές και επιτρέπουν τη μελέτη πολλών διαφορετικών πολύ φορτισμένων ιόντων.

Διαβάστε περισσότερα:

Οι αρχαιολόγοι επιβεβαίωσαν επίσημα τους θρύλους από τη Βίβλο

Βρέθηκε ο τάφος της «ιέρειας» της Αφροδίτης: οι επιστήμονες έδειξαν τι βρήκαν εκεί

Οι επιστήμονες είδαν τι υπάρχει στην επικράτεια της πρωτεύουσας των Μάγια. Το εύρημα τους εξέπληξε.