Ni¹²⁺ tabanlı yüksek hassasiyetli bir optik saatin gerçekleştirilmesine yönelik anahtar adımlar

Optik saatler, geleneksel atom saatleri gibi mikrodalgaların aksine, ışık salınımlarını izleyerek zamanı ölçen son derece hassas zaman tutma cihazlarıdır. Bu saatlerin doğruluğu büyük ölçüde bir iyon veya atomdaki elektronların enerji durumunda değişiklikler olan dar atomik geçişleri tanımlama yeteneğine bağlıdır.

Delaware Üniversitesi, Physikalisch-Technische Bundesanstalt ve Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, yüksek yüklü iyonlara dayanan giderek daha hassas optik saatleri gerçekleştirmeye çalışıyorlar.

Yayınlanan bir makalede Fiziksel İnceleme Mektuplarıteoriye dayalı hesaplamalar ve NI’ye dayalı ultra kararlı bir optik saatin geliştirilmesine yol açabilecek bir hesaplama yaklaşımı sunarlar.¹²⁺12 elektron eksik olan bir nikel atomu.

Malte Wehrheim ve makalenin ortak yazarları Piet O. Schmidt, CEİD’a verdiği demeçte, “Deneyimizin amacı yüksek yüklü iyonlar üzerinde yüksek hassas bir spektroskopi yapmaktı.” Dedi.

“Ni ile çalışmaya karar verdik¹²⁺ Çünkü optik bir saat olarak çalışma için ideal olarak uygun çok güçlü bir geçiş özelliğine sahiptir. Bununla birlikte, geçiş çok güçlü bir şekilde yasaklandığından, ilk olarak, basit bir arama tekniği kullanarak daha önce mevcut geçiş enerjisi etrafında 1 sigma belirsizlik aralığını taramak için bir yıllık bir arama süresine yönelik tahminler. “

Wehrheim, Schmidt ve onların meslektaşları tarafından yapılan çalışma, Ni’de iki kuantum elektron durumu arasında dar bir geçişle ilişkili enerji değişikliklerinin daha doğru hesaplamalarını gerçekleştiren teorik fizikçilerin kapsamlı çalışmasına dayanıyordu.¹²⁺. Bu hesaplamaların sonuçları, ekibin sonraki deney çabaları için bir başlangıç ​​noktası olarak işlev gördü.

Wehrheim, “Daha sonra, doğal çizgi genişliği hala belirsizlik aralığının sadece birinden az olmasına rağmen, geçişi sadece birkaç saat içinde tanımlayabildik.” Dedi.

Diyerek şöyle devam etti: “Ölçülen rezonansın, geçiş sıklığını eşi görülmemiş bir doğrulukla hesaplamanın yeni yolu ile büyük anlaşması, çalışmanın ana sonucudur. Bir samanda bir iğneye temel olarak neyin karşılık gelen konumunu kabaca bilmek için iyi bir teorik tahmine dayandık.”

Deneylerini optimize etmek için araştırmacılar bir Ti: SA (Titanyum: Safir) lazer kullandılar. Bu katı hal lazer, mevcut diğer birçok lazer gibi bir sabit dalga boyu ile ışık üretmek yerine çok büyük bir frekans aralığında ışık üretebilir.

“Ni’de bir yardımcı geçiş kullanarak saat geçişinde bir uyarımı tespit etmeden önce geniş bir frekans aralığını tarayarak samanlıkların daha büyük bölümlerini bir seferde hariç tutabiliriz.¹²⁺“diye açıkladı Wehrheim.

“Bu yardımcı geçiş, NI ise belirtildi¹²⁺ hala zemin durumundaydı ya da geçişimizin samanlığın taranan kısmı içinde olup olmadığı. Daha sonra, nihayet iğnemizin konumunu tanımlamak için yığın boyutunu azaltmak için bir bölünme ve fethet yaklaşımı gerçekleştirdik. “

Optik saatlerin çalışması, çok dar bir atomik rezonans veya başka bir deyişle, dayandıkları atomlarda veya iyonlarda oldukça kararlı bir geçiş ile etkinleştirilir. Araştırmacılar, Ni’de bu dar atom rezonansını tanımlayabildiler¹²⁺bu özel iyonun atomik saatlerin gelecekteki gelişimi için potansiyelini vurgular.

“Yakında yüksek hassas bir spektroskopi yapmayı ve Ni’ye dayalı bir atom saati oluşturmayı planlıyoruz.¹²⁺“Yazarlar dedi.

Bu çalışmanın hem optik saatlerin geliştirilmesi hem de karmaşık atomik sistemlerin incelenmesi için önemli sonuçları olabilir. Gelecekte, kullandıkları yaklaşım, kısa sürede diğer yüksek yüklü iyonların geçiş enerjilerini doğru bir şekilde bulmak için de kullanılabilir.

Schmidt, “Teorik işbirlikçilerimiz, böyle çok elektronlu bir sistem için benzeri görülmemiş bir doğrulukla geçiş enerjilerini hesaplamak için bir yol gösteriyor.” Dedi. “Bu yaklaşım diğer sistemlere de uygulanabilir. Hesaplamaların doğruluğunu deneysel olarak doğrulayabildik ve dar geçişlerin tanımlanmasının büyük belirsizlik aralıklarında mümkün olduğunu gösterdik.”

Bu son çalışma yakında yüksek yüklü iyonlara dayanan metroloji sistemlerinin ilerlemesine katkıda bulunabilir. Bu da temel fizik teorilerini test etmeye yardımcı olurken, potansiyel olarak yeni fenomenlerin tespitine yol açabilir.

Schmidt, “Gelecekteki çalışmalarımız için temel bir amaç, daha önce araştırılan türlere kıyasla yüksek yüklü iyonlardaki belirli geçişlere daha güçlü bir bağlantıya sahip olduğu tahmin edilen karanlık maddeyi aramak için sistemimizi kullanmak olacaktır.”

“Ni¹²⁺ Gelecekteki deneylerimiz için harika bir test yatağı görevi görür ve optik saatlerin iyileştirilmesine katkıda bulunmamızı sağlar. “