A creat primul ceas atomic din lume cu ioni foarte încărcați

Ionii foarte încărcați sunt o formă comună de materie în spațiu, cum ar fi Soarele și alte stele.

Se numesc așa pentru că au pierdut multeelectroni și au o sarcină pozitivă mare. Acesta este motivul pentru care în ei electronii cei mai exteriori sunt legați mai puternic de nucleul atomic decât în ​​atomii neutri sau slab încărcați. Din acest motiv, ionii foarte încărcați sunt mai puțin sensibili la interferența din câmpurile electromagnetice externe, dar devin sonde mai sensibile ale efectelor fundamentale ale relativității speciale, ale electrodinamicii cuantice și ale nucleului atomic. „Ne așteptam, așadar, ca ceasurile atomice optice cu ioni foarte încărcați să ne ajute să testăm mai bine aceste teorii fundamentale”, explică fizicianul Lukas Spies. 

Anterior, echipa a trebuit să rezolve câtevaProbleme fundamentale precum detectarea și răcirea: pentru ceasurile atomice, particulele trebuie să fie foarte mult răcite pentru a le opri cât mai mult posibil și, astfel, a conta frecvența de oscilație. Cu toate acestea, ionii foarte încărcați sunt produși prin crearea unei plasme extrem de fierbinți. Datorită structurii lor atomice extreme, ionii foarte încărcați nu pot fi răciți direct cu ajutorul luminii laser și nici nu pot fi utilizate metode standard de detectare. Această problemă a fost rezolvată printr-o colaborare între Institutul Max Planck din Heidelberg și Institutul QUEST prin separarea unui singur ion de argon foarte încărcat dintr-o plasmă fierbinte și stocarea acestuia într-o capcană de ioni împreună cu un ion de beriliu încărcat individual. Acest lucru permite unui ion foarte încărcat să fie indirect răcit și studiat folosind ionul de beriliu. Un sistem de capcane criogenice îmbunătățit a fost apoi construit la Institutul Max Planck, care a fost dezvoltat în continuare la Institutul Național German de Metrologie pentru următoarele experimente. Ulterior, un algoritm cuantic dezvoltat la Institutul Național de Metrologie din Germania a permis răcirea și mai mult ionului cu încărcare ridicată, și anume aproape de starea fundamentală a mecanicii cuantice. Aceasta corespundea unei temperaturi de 200 de milioane de kelvin peste zero absolut.

Acum, cercetătorii au făcut cu succes următoarelepas: au creat un ceas atomic optic bazat pe ioni de argon încărcați de treisprezece ori și au comparat performanța acestora cu ceasurile de ioni de iterbiu existente. Pentru a face acest lucru, ei au trebuit să analizeze sistemul în detaliu pentru a înțelege, de exemplu, mișcarea unui ion foarte încărcat și influența câmpurilor de interferență externe. Ei au obținut o eroare de măsurare de 2 părți în 1017, care este comparabilă cu multe ceasuri atomice optice aflate în funcțiune în prezent. „Ne așteptăm la o reducere suplimentară a incertitudinii prin îmbunătățiri tehnice care ar trebui să ne aducă la egalitate cu cele mai bune ceasuri atomice”, spune liderul echipei de cercetare Pete Schmidt.

Astfel, cercetătorii au creat un seriosconcurență cu ceasurile atomice optice existente bazate, de exemplu, pe ioni individuali de iterbiu sau pe atomi neutri de stronțiu. Metodele utilizate sunt universale și permit studiul multor ioni diferiți foarte încărcați.

Citeste mai mult:

Arheologii au confirmat oficial legendele din Biblie

A fost găsit mormântul „preotesei” Afroditei: oamenii de știință au arătat ce au găsit acolo

Oamenii de știință au văzut ce se află pe teritoriul capitalei mayașe. Descoperirea i-a surprins.