高電荷を帯びたイオンは、太陽や他の恒星などの宇宙空間でよく見られる物質です。
以前は、チームはいくつかの問題を解決する必要がありました検出や冷却などの基本的な問題: 原子時計の場合、粒子をできるだけ停止させて発振周波数をカウントするために、粒子を非常に冷却する必要があります。ただし、高度に帯電したイオンは、非常に高温のプラズマを生成することによって生成されます。高度に荷電したイオンは、原子構造が極端であるため、レーザー光を使用して直接冷却することはできず、標準的な検出方法も使用できません。この問題は、ハイデルベルクのマックス プランク研究所とクエスト研究所の共同研究により、高温プラズマから単一の高電荷アルゴン イオンを分離し、それを一価のベリリウム イオンとともにイオン トラップに保存することで解決されました。これにより、高電荷イオンを間接的に冷却し、ベリリウム イオンを使用して研究することが可能になります。その後、改良された極低温トラップ システムがマックス プランク研究所で構築され、その後の実験のためにドイツ国立計測研究所でさらに開発されました。その後、ドイツ国立計測研究所で開発された量子アルゴリズムにより、高荷電イオンをさらに冷却することが可能になり、つまり量子力学的基底状態に近づくことが可能になりました。これは、絶対零度より 2 億分の 1 ケルビン高い温度に相当します。
現在、研究者は次のことを成功させています。ステップ: 彼らは、13 倍荷電したアルゴン イオンに基づいて光原子時計を作成し、その性能を既存のイッテルビウム イオン時計と比較しました。これを行うには、例えば、高荷電イオンの動きや外部干渉場の影響を理解するために、システムを非常に詳細に分析する必要がありました。彼らは 1017 年に 2 分の 1 の測定誤差を達成しました。これは、現在動作している多くの光学原子時計に匹敵します。研究チームのリーダーであるピート・シュミットは、「技術的な改善により、不確実性がさらに低下し、最高の原子時計と同等になると期待しています」と述べています。
したがって、研究者たちは深刻な問題を作成しました。たとえば、個々のイッテルビウム イオンや中性ストロンチウム原子に基づく既存の光原子時計との競合。使用される方法は普遍的であり、多くの異なる高電荷イオンの研究が可能です。
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