Kuantum etkilerine ve büyük boyutlu atomlara dayanan bir cihaz, kalibrasyon gerektirmeyen sıcaklığı ölçmenin daha güvenilir bir yolu olabilir
Rubidyum atomlarını soğutmak ve yakalamak için yeni düzeneğin ana parçası
Sıcaklığın daha iyi, daha güvenilir bir tanımı dev atomlarla dolu bir kuantum cihazından gelebilir.
Bazı ülkeler sıcaklıkları Santigrat cinsinden ölçerken, diğerleri Fahrenheit’i kullanırken, fizikçiler her yerde kelvin adı verilen bir birimi kullanıyor. Sıfır kelvin, bilinen fizik yasalarının izin verdiği mutlak en soğuk sıcaklığı ifade eder, dolayısıyla kelvin’in “mutlak sıcaklığı” ölçtüğü söylenir. Ancak pratikte tek bir kelvin ölçtüğünüzde bunun gerçekten tek bir kelvin olduğundan emin olmak zahmetli bir süreçtir.
Colorado’daki NIST’ten Noah Schlossberger, “Mutlak bir sıcaklık ölçümü yapmak istiyorsanız, ticari bir sıcaklık sensörü satın alırsınız, bu sensör başka bir ticari sıcaklık sensörü tarafından kalibre edilir, o da başka bir ticari sıcaklık sensörü tarafından kalibre edilir ve bu sensörlerden biri bir noktada Ulusal Standartlar (ve Teknoloji) Enstitüsü’ne gönderilir” diyor.
Kendisi ve meslektaşları artık kelvin’i ölçmek için kuantum etkilerini kullanan bir cihaz geliştirdiler; araştırmacılar, sensörlerini başka birine kalibre ettirmek yerine bunu kullanabilirler.
Cihaz, hapsolmuş rubidyum atomları içeren, metal ve camdan yapılmış küçük bir kutudur. Araştırmacılar, en dıştaki elektronları çekirdekten olağandışı bir şekilde uzağa taşımak için lazerler kullanarak bu atomları aşırı bir boyuta itiyor ve hem lazerleri hem de elektromanyetik alanları kullanarak atomları yakalayıp yaklaşık yarım millikelvin’e (oda sıcaklığının kabaca 600.000’de biri) kadar soğutmak için hem lazerleri hem de elektromanyetik alanları kullanarak aşırı bir sıcaklığa itiyorlar.
Sonuç olarak, rubidyum atomlarının en dıştaki elektronları, sıcaklıktaki küçük bir artışa bile son derece duyarlı hale gelir ve buna maruz kaldıklarında farklı bir kuantum durumuna “sıçrar”. Bu sıçramalar, cihazı mükemmel bir sıcaklık sensörü yapan şeydir, çünkü bunları yapmak için gereken sıcaklık farklarını belirleyebilen köklü matematiksel modeller vardır ve bu, kelvin’in bu terimlerle yeniden tanımlanmasına etkili bir şekilde olanak tanır.
Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Bürosu, kelvin’i benzer şekilde – çeşitli kuantum sabitlerinin bir ürünü olarak – tanımlar, ancak pratikte NIST gibi kurumlar bile kalibrasyon için kuantum olmayan cihazlar kullanır. Yeni cihazın, kalibrasyona ihtiyaç duyulmayan bir kuantum kelvin tanımı vermesi umut ediliyor.
Schlossberger, “Dünyadaki her rubidyum atomu tamamen aynıdır ve aynı ortamda tamamen aynı şekilde davranacaktır. Cihazı dünyanın diğer ucunda yeniden inşa edebilirim ve tamamen aynı olacaktır” diyor. Bunun, yalnızca çok düşük Kelvin sıcaklıklarda çalışabilen atom saatleri gibi yüksek hassasiyetli cihazların doğru çalışmasını sağlamak için özellikle önemli olduğunu söylüyor.
Ancak yeni cihaz hala bir prototip ve dolayısıyla kuantum durumlarının nasıl tespit edildiği konusunda hala kusurları var. Ayrıca laboratuvardan çıkılamayacak kadar hantal ve yapımı altı aydan fazla sürdü. Araştırmacılar şimdi tasarımı daha pratik hale getirmek ve doğruluğunu artırmak için optimize etmeye çalışıyor.
Schlossberger, çalışmayı 16 Mart’ta Colorado’daki Amerikan Fizik Derneği Küresel Fizik Zirvesi’nde sundu.
