Sukūrė pirmąjį pasaulyje atominį laikrodį su labai įkrautais jonais

Didelio krūvio jonai yra įprasta materijos forma erdvėje, pavyzdžiui, Saulė ir kitos žvaigždės.

Jie taip vadinami, nes daug praradoelektronų ir turi didelį teigiamą krūvį. Štai kodėl juose atokiausi elektronai yra stipriau surišti su atomo branduoliu nei neutraliuose ar silpnai įkrautuose atomuose. Dėl šios priežasties labai įkrauti jonai mažiau reaguoja į išorinių elektromagnetinių laukų trikdžius, tačiau tampa jautresniais specialiojo reliatyvumo teorijos, kvantinės elektrodinamikos ir atomo branduolio esminių efektų zondais. „Todėl tikėjomės, kad optiniai atominiai laikrodžiai su labai įkrautais jonais padės mums geriau išbandyti šias pagrindines teorijas“, – aiškina fizikas Lukas Spiesas.

Anksčiau komanda turėjo kai kuriuos išspręstiPagrindinės problemos, tokios kaip aptikimas ir aušinimas: atominiams laikrodžiams daleles reikia labai atvėsinti, kad jas kuo labiau sustabdytų ir taip būtų skaičiuojamas virpesių dažnis. Tačiau labai įkrauti jonai susidaro sukuriant itin karštą plazmą. Dėl ypatingos atominės struktūros didelio krūvio jonai negali būti tiesiogiai aušinami naudojant lazerio šviesą, taip pat negali būti naudojami standartiniai aptikimo metodai. Ši problema buvo išspręsta bendradarbiaujant Maxo Plancko institutui Heidelberge ir QUEST institutui, atskiriant vieną labai įkrautą argono joną nuo karštos plazmos ir laikant jį jonų gaudyklėje kartu su vienu įkrautu berilio jonu. Tai leidžia labai įkrautą joną netiesiogiai aušinti ir tirti naudojant berilio joną. Tada Maxo Plancko institute buvo sukurta patobulinta kriogeninių gaudyklių sistema, kuri buvo toliau plėtojama Vokietijos nacionaliniame metrologijos institute tolesniems eksperimentams. Vėliau Vokietijos nacionaliniame metrologijos institute sukurtas kvantinis algoritmas leido labai įkrautą joną dar labiau atvėsinti, būtent arti kvantinės mechaninės pagrindinės būsenos. Tai atitiko temperatūrą 200 milijonųjų kelvinų virš absoliutaus nulio.

Dabar mokslininkai sėkmingai atliko šiuos veiksmusžingsnis: jie sukūrė optinį atominį laikrodį, pagrįstą trylika kartų įkrautais argono jonais, ir palygino jų veikimą su esamais iterbio jonų laikrodžiais. Norėdami tai padaryti, jie turėjo labai išsamiai išanalizuoti sistemą, kad suprastų, pavyzdžiui, labai įkrauto jono judėjimą ir išorinių trukdžių laukų įtaką. Jie pasiekė 2 dalių matavimo paklaidą 1017 m., kurią galima palyginti su daugeliu šiuo metu veikiančių optinių atominių laikrodžių. „Tikimės toliau mažinti neapibrėžtumą dėl techninių patobulinimų, kurie turėtų prilygti geriausiems atominiams laikrodžiams“, – sako tyrimų grupės vadovas Pete'as Schmidtas.

Taigi mokslininkai sukūrė rimtąkonkurencija su esamais optiniais atominiais laikrodžiais, paremtais, pavyzdžiui, atskirais iterbio jonais arba neutraliais stroncio atomais. Naudojami metodai yra universalūs ir leidžia tirti daugybę skirtingų stipriai įkrautų jonų.

Skaityti daugiau:

Archeologai oficialiai patvirtino Biblijos legendas

Buvo rastas Afroditės „kunigienės“ kapas: mokslininkai parodė, ką ten rado

Mokslininkai matė, kas yra majų sostinės teritorijoje. Radinys juos nustebino.