Optik kafes saatleri, optik bir kafeste (yani, lazer ışığı ızgarası) sıkışmış on binlerce ultra kolt atomuna dayanan ortaya çıkan zaman tutma cihazlarıdır. Belirli bir frekansta iki farklı kuantum durumu arasında salınarak, bu atomlar, çeşitli temel fiziksel süreçlerin ve sistemlerin incelenmesi için oldukça avantajlı olacak olan mevcut saatlerden çok daha yüksek hassasiyetle zamanın ölçülmesine yardımcı olabilir.
Jila, Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü ve Chicago Üniversitesi’ndeki araştırmacılar yakın zamanda, kayda değer hassasiyet ve doğrulukla zaman tutan stronsiyum atomlarına dayanan bir optik kafes saati geliştirdiler. Yeni Strontium Optik Saati, yayınlanan bir makalede tanıtıldı Fiziksel İnceleme Mektuplarıtemel fizik sabitlerindeki varyasyonları ve belirli fiziksel fenomenlerin zamanlamasını test etmeyi amaçlayan araştırmalar için yeni olasılıklar açabilir.
Makalenin ilk yazarı Kyungtae Kim, CEİD’a verdiği demeçte, “Optik kafes saatinin performansını zorluyoruz” dedi. “2019’dan 2021’e kadar büyük bir yükseltme sayesinde, rekor diferansiyel frekans ölçüm kabiliyeti gösterdik, 1 mm ölçeğin altında yerçekimi kırmızısının çözünürlüğüne ulaştıkça ve performansı daha da ileriye itmek için kayıt doğruluğu (bu Temmuz’a kadar).
Optik kafes saatlerinin performansı büyük ölçüde atomik tutarlılık olarak da bilinen altta yatan atomlarının tutarlılığına bağlıdır. Bu aslında atomların gürültüden rahatsız olmadan kuantum salınımlarını koruyabileceği zamandır.
Kim ve meslektaşlarının son çalışmasının temel amacı, optik kafes saatlerinin atomik tutarlılığını sınırlayan mekanizmaları ve fiziksel süreçleri tanımlamaktı. Bu da saatlerinin atomik tutarlılığını ve stabilitesini artırmalarına izin verecektir.
Kim, “Frekans ölçüm stabilitesini artırmak için, birçok atomun kuantum projeksiyon gürültüsünü azaltmasını istiyoruz (madeni para atışındaki istatistiksel belirsizliği azaltmaya benzer).”
“Bununla birlikte, atomların sayısının arttırılması, çarpışma süresini ve hassasiyeti sınırlayan çarpışma frekans kaymalarını ve faz difüzyonunu arttırır. Saatimizin temel tasarım özelliği, atomik yoğunluğu azaltan optik bir boşlukla elde edilen büyük tuzak hacmidir.”
Kim ve meslektaşları, optik kafesleri ağırlık yönü boyunca hizaladılar, çünkü bu eğimli bir kafes potansiyeli yarattı (yani, tuzak alanlarının eğik bir “merdiveni”). Wannier -Stark lokalizasyonu olarak bilinen bir etki nedeniyle, bu eğik kafes potansiyeli, daha sığ yakalama alanlarında sıkışıp kaldıklarında bile atomların hareket etmesini zorlaştırır. Bu sığ derinlik kafes saati, geleneksel bir kafes saatinin beşinci ila onda biri yaklaşık bir optik tuzak potansiyeli kullanır.
Araştırmacılar daha sonra optik kafeste sıkışıp kaldığı farklı sayıda atomun senkronize olduğunu (yani, tutarlılık süreleri) ve “saat durumundan” (yani nüfus bozulma oranlarından) ne kadar hızlı çürümüş olduğunu keşfetmeye başladılar. Bunu yapmak için, fiziksel sistemlerin ışığa nasıl tepki verdiğini ve altta yatan konfigürasyonlarını veya mekansal özelliklerini mikroskopik bir haritada yakalamak için kullanılabilen görüntüleme spektroskopisi olarak bilinen bir teknik kullandılar.
Kim, aynı kafes bölgesindeki atomlar özdeş fermiyonlarla davranıyor ve sadece P-dalgası etkileşimleri yoluyla etkileşime giriyor. “Dedi. “Bununla birlikte, atomlar hala iki kaynaktan S dalgası çarpışmaları ile etkileşime girebilir: farklı bölgelerdeki atomlar farklı lazer fazları yaşadığından farklı bölgeler arasındaki etkileşimler ve kafes fotonları atomları diğer nükleer spin durumlarına dağıttığında oluşturulan seyirci atomları ile etkileşimler.”
Bu araştırmacı ekibi tarafından geliştirilen stronsiyum optik kafes saatinin, 118 (9) saniyelik rekor yüksek bir atomik tutarlılık süresi (T₂*) ve 1.5 × 10 atomik dengesizlik elde ettiği bulundu.–18 1 saniyede. Bu zaman tutma sistemi, gelecekteki temel fizik çalışmalarını yürütmek için kullanılabilirken, diğer son derece hassas ve stabil optik kafes saatlerinin gerçekleşmesini potansiyel olarak bilgilendirir.
Kim, performansı sınırlayan atom etkileşimlerini de belirledik. “Dedi. “Sığ kafes derinliklerinde, yerler arası S dalgası etkileşimleri baskınken, derin kafes derinliklerinde, kafes foton saçılımı tarafından üretilen seyirci atomları ile S dalgası etkileşimleri birincil sınırlama haline gelir. Bu farklı rejimlerin tanınması, tutulma süresini daha da uzatmak için hangi mekanizmaların ele alınması gerektiğini tam olarak açıklığa kavuşturur.”
Kim ve meslektaşları, makalelerinde, biri bitişik kafes bölgeleri arasındaki etkileşim olan optik kafes saatlerinin tutarlılık süresini sınırlayabilen fiziksel süreçleri de ortaya çıkardılar. Şimdi bu etkileri bastırabilecek ve böylece yüksek atom yoğunlukları olan saatlerde daha uzun tutarlılık süreleri sağlayan bir strateji geliştiriyorlar.
Kim, “Daha da önemlisi, şimdi atom interferometrisini (gravimetri için) aynı deney platformunda atomik saatlerle (kırmızıya kayma ölçümleri için) birleştirme olasılığı konusunda heyecanlıyız.” “Burada gösterilen yöntemler zaten bu yönde uygulanmış ve gelecekteki gelişmeler için değerli rehberlik sağlamaktadır.”
Yazarımız Ingrid Fadelli tarafından yazılmış, Gaby Clark tarafından düzenlenen ve gerçeği kontrol edildi ve Robert Egan tarafından incelendi-bu makale dikkatli insan çalışmasının sonucudur. Bağımsız bilim gazeteciliğini canlı tutmak için sizin gibi okuyuculara güveniyoruz. Bu raporlama sizin için önemliyse, lütfen bir bağış (özellikle aylık) düşünün. Alacaksın reklamsız bir teşekkür olarak hesap.
