นักฟิสิกส์ได้สร้างนาฬิกาโมเลกุลระดับเทราเฮิร์ตซ์ที่มีความแม่นยำสูง

เมื่อเร็วๆ นี้ นักวิจัยยังได้สำรวจความเป็นไปได้ในการพัฒนานาฬิกาโมเลกุลอีกด้วย ระบบเหล่านี้

มีลักษณะคล้ายนาฬิกาอะตอม แต่มีพื้นฐานมาจากโมเลกุลที่เรียบง่าย นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียและมหาวิทยาลัยวอร์ซอเพิ่งสร้างนาฬิกาโมเลกุลที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งสามารถใช้ศึกษาปรากฏการณ์ทางกายภาพใหม่ๆ ได้

“งานล่าสุดของเราเป็นผลมาจากปีพ.ศความพยายามในการสร้างสิ่งที่เรียกว่านาฬิกาโมเลกุล” Tanya Zelevinsky หนึ่งในนักวิจัยและผู้เขียนผลงานชิ้นใหม่กล่าวในการให้สัมภาษณ์กับ Phys.org “เราได้รับแรงบันดาลใจจากความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วในด้านความเที่ยงตรงของนาฬิกาอะตอม นาฬิกาโมเลกุลขึ้นอยู่กับกลไกการ "ฟ้อง" ที่แตกต่างกัน และอาจไวต่อปรากฏการณ์เพิ่มเติม หนึ่งในนั้นคือแนวคิดที่ว่าค่าคงที่พื้นฐานของธรรมชาติสามารถเปลี่ยนแปลงได้น้อยมากเมื่อเวลาผ่านไป ความเป็นไปได้อีกอย่างคือแรงดึงดูดระหว่างวัตถุขนาดเล็กมากอาจแตกต่างจากอันตรกิริยาในสเกลที่ใหญ่กว่า”

นาฬิกาโมเลกุลที่ Zelevinsky และเธอสร้างขึ้นเพื่อนร่วมงานมีพื้นฐานมาจากโมเลกุลไดอะตอม Sr₂ ซึ่งมีโครงสร้างคล้ายทรงกลมเล็กๆ สองลูกที่เชื่อมกันด้วยสปริง นาฬิกาใช้โหมดการสั่นของโมเลกุลนี้เป็นการอ้างอิงความถี่ที่แม่นยำโดยเฉพาะ ซึ่งจะทำให้สามารถติดตามเวลาได้

นักวิจัยใช้ภาพของโมเลกุล supercold ที่แตกตัวออกเป็นอะตอม ภาพถ่าย: “K.H. Leung

“นาฬิกาของเราต้องใช้เลเซอร์ในการทำให้อะตอมเย็นลงใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์และกักขังไว้ในกับดักแสง ทำให้มันรวมกันเป็นโมเลกุลและชี้เลเซอร์ "นาฬิกา" ที่มีความแม่นยำสูงไปที่พวกมันเพื่อทำการวัดจริง” Zelevinsky อธิบาย “ข้อได้เปรียบของนาฬิกาโมเลกุลคือความไวต่ำมากต่อสนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้าจรจัด และโหมดการสั่นมีอายุการใช้งานตามธรรมชาติที่ยาวนานมาก”

ในการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสารทางกายภาพการตรวจสอบ X, Zelevinsky และเพื่อนร่วมงานได้ประเมินความแม่นยำของนาฬิกาโมเลกุลในชุดการทดสอบโดยการวัดอคติ พวกเขาพบว่าการออกแบบของพวกเขาช่วยลดแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดให้เหลือน้อยที่สุด และนาฬิกาเองก็มีข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบโดยรวมที่ 4.6 × 10−14 ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความแม่นยำสูงเป็นพิเศษ

การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในตำแหน่งเสียงสะท้อนของนาฬิกาขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแสงที่น่าตื่นเต้น (ระบุด้วยสี) จำกัดความแม่นยำของนาฬิกาที่สั่น ภาพถ่าย: “K.H. Leung

สร้างนาฬิกาโมเลกุลแบบสั่นโดยกลุ่มนักวิจัยสามารถกลายเป็นมาตรฐานสำหรับการใช้งานความถี่ terahertz เช่นเดียวกับพื้นฐานสำหรับการสร้างเครื่องมือใหม่สำหรับสเปกโทรสโกปีระดับโมเลกุล การออกแบบยังสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการแทนที่โมเลกุล Sr₂ ด้วยไอโซโทปแบบอื่น (ที่มีมวลต่างกัน)

“ในอนาคต เราหวังว่าจะใช้โมเลกุลเฝ้าดูการทำความเข้าใจโครงสร้างโมเลกุลด้วยความแม่นยำสูงสุด และศึกษาลายเซ็นใดๆ ที่เป็นไปได้ของแรงโน้มถ่วงที่ไม่ใช่นิวตันในระดับนาโนเมตร” เซเลวินสกีสรุป

อ่านเพิ่มเติม:

ภาพถ่ายปรากฏภายในหลุมยุบใต้น้ำที่ลึกที่สุดเป็นอันดับสองของโลก

ดูว่าเกิดอะไรขึ้นกับดาวพุธเมื่อเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด

นักวิทยาศาสตร์พร้อมที่จะยอมรับว่าต้นไม้ใหม่นี้มีอายุมากที่สุดในโลก

รูปภาพหน้าปกโดย: Alex Berger