Izveidoja pasaulē pirmo atompulksteni ar ļoti uzlādētiem joniem

Augsti lādēti joni ir izplatīta matērijas forma kosmosā, piemēram, Saule un citas zvaigznes.

Viņus tā sauc, jo viņi daudz zaudējaelektroniem un tiem ir augsts pozitīvais lādiņš. Tāpēc tajos attālākie elektroni ir ciešāk saistīti ar atoma kodolu nekā neitrālos vai vāji lādētos atomos. Šī iemesla dēļ augsti uzlādēti joni mazāk reaģē uz ārējo elektromagnētisko lauku radītiem traucējumiem, bet kļūst par jutīgākām speciālās relativitātes, kvantu elektrodinamikas un atoma kodola fundamentālo efektu zondēm. "Tāpēc mēs gaidījām, ka optiskie atompulksteņi ar ļoti uzlādētiem joniem palīdzēs mums labāk pārbaudīt šīs fundamentālās teorijas," skaidro fiziķis Lukas Spies. 

Iepriekš komandai bija jāatrisina dažiPamatproblēmas, piemēram, noteikšana un dzesēšana: atomu pulksteņiem daļiņas ir ļoti jāatdzesē, lai tās pēc iespējas apturētu un tādējādi skaitītu svārstību frekvenci. Tomēr ļoti lādēti joni rodas, radot ārkārtīgi karstu plazmu. Īpašās atomu struktūras dēļ augsti lādētus jonus nevar tieši atdzesēt, izmantojot lāzera gaismu, kā arī nevar izmantot standarta noteikšanas metodes. Šī problēma tika atrisināta, sadarbojoties Maksa Planka institūtam Heidelbergā un QUEST institūtam, atdalot vienu augsti lādētu argona jonu no karstas plazmas un uzglabājot to jonu slazdā kopā ar atsevišķi lādētu berilija jonu. Tas ļauj netieši atdzesēt un pētīt ļoti lādētu jonu, izmantojot berilija jonu. Pēc tam Maksa Planka institūtā tika uzbūvēta uzlabota kriogēno slazdu sistēma, kas tālāk tika izstrādāta Vācijas Nacionālajā metroloģijas institūtā turpmākajiem eksperimentiem. Pēc tam Vācijas Nacionālajā metroloģijas institūtā izstrādātais kvantu algoritms ļāva ļoti lādētu jonu atdzesēt vēl vairāk, proti, tuvu kvantu mehāniskajam pamatstāvoklim. Tas atbilda temperatūrai par 200 miljonajām kelvina daļām virs absolūtās nulles.

Tagad pētnieki ir veiksmīgi paveikuši sekojošosolis: viņi izveidoja optisku atomu pulksteni, kura pamatā ir trīspadsmit reizes uzlādēti argona joni, un salīdzināja to veiktspēju ar esošajiem iterbija jonu pulksteņiem. Lai to izdarītu, viņiem bija ļoti detalizēti jāanalizē sistēma, lai saprastu, piemēram, ļoti lādēta jona kustību un ārējo traucējumu lauku ietekmi. Viņi sasniedza mērījumu kļūdu 2 daļās 1017. gadā, kas ir salīdzināma ar daudziem optiskajiem atompulksteņiem, kas pašlaik darbojas. "Mēs sagaidām turpmāku nenoteiktības samazināšanos, pateicoties tehniskiem uzlabojumiem, kas mūs pielīdzinās labākajiem atompulksteņiem," saka pētniecības grupas vadītājs Pīts Šmits.

Tādējādi pētnieki ir radījuši nopietnukonkurence ar esošajiem optiskajiem atompulksteņiem, kuru pamatā ir, piemēram, atsevišķi iterbija joni vai neitrālie stroncija atomi. Izmantotās metodes ir universālas un ļauj pētīt daudzus dažādus augsti lādētus jonus.

Lasīt vairāk:

Arheologi ir oficiāli apstiprinājuši Bībeles leģendas

Tika atrasts Afrodītes "priesterienes" kaps: zinātnieki parādīja, ko viņi tur atrada

Zinātnieki ir redzējuši, kas atrodas maiju galvaspilsētas teritorijā. Atradums viņus pārsteidza.