Rolex хорош, но это – действительно изящные часы. Новый тип часов сохраняет время путем взвешивания самых маленьких частей вопроса, сообщают физики. По сравнению со стандартными атомными часами, работающими по-другому, новые часы сохраняют паршивое время. Однако путем соединения массы и время метод мог привести к механическому квантом переопределению килограмма.
«Этот великолепный эксперимент показывает, что дорога к пересмотру килограмма открывается», говорит Джон Хол, физик в JILA, лаборатория, которой управляет совместно университет Колорадо, Валуна и Национального института стандартов и технологий.Стандартные атомные часы используют в своих интересах факт, что атом может абсорбировать электромагнитное излучение, такое как свет в определенных частотах, поскольку его внутренняя структура спрыгивает с одного «квантового состояния» другому.
Часы по существу выставляют атомы радиации, настроенной на такую частоту, тогда служащую пометкой часов. Атомные часы, сохраняющие официальное мировое время, точны к 3 частям в 1 016, таким образом, они получили бы или потеряли бы меньше, чем секунда за 100 миллионов лет.
Должно быть возможно сохранить время по-другому, говорит Хольгер Мюллер, физик в Калифорнийском университете, Беркли. Любая крупная частица должна быть описана квантовой волной, колеблющейся вверх и вниз, даже если частица просто сидит там. Чем более тяжелый атом, тем выше частота того колебания, которое известно как частота Комптона. В принципе квантовое колебание может использоваться для хранения времени.
На практике частота Комптона для атома слишком высока, чтобы быть измеренной любым электронным прилавком — что-то как миллион миллиардов миллиарда циклов в секунду. Так Мюллер, его студент Шо-Ю Лэн и коллеги создали способ отследить его в эксперименте, эксплуатирующем теорию Альберта Эйнштейна относительности, как они сообщают онлайн на этой неделе в Науке.Исследователи начинают с затяжки цезиевых атомов, проваливающейся пространство к датчику.
По пути атомы сталкиваются с пульсом двух противостоящих лазеров с немного отличающимися частотами, мягко подталкивающими атомы, не внося их внутреннее изменение структуры. Пульс разделяет облако в два, и одна половина падений облака как нормальное. Другой увеличен далеко от первой половины и затем пододвинут обратно к нему для наверстывания.
Вот то, где относительность входит. С точки зрения неподтолкнутой половины облака вторая половина переезжает и затем пятится. Поскольку та вторая половина перемещается в несколько сантиметров в секунду, ее время, должно казаться, замедляется просто немного благодаря странному расширению времени, предсказанному теорией Эйнштейна специальной относительности.
Таким образом, квантовая волна для той половины облака колеблется немного медленнее, чем то для первой половины облака.Когда облака повторно объединяются, то различие во влиянии колебаний, как они накладываются и «вмешиваются». Если исследователи настроят различие в частоте этих двух лазеров просто право, то повторно объединяющиеся волны вмешаются «конструктивно» так, чтобы облако попало в датчик.
И в том условии, простое уравнение связывает «частоту различия», которая может читаться вслух как пометка часов к частоте Комптона атомов и намного более низкой средней частоте этих двух лазеров.Это почти, что исследователи хотят, за исключением присутствия противной средней частоты лазеров. Пока та частота остается как независимый ввод, целая схема полагается на любые часы, используется для урегулирования его и не самостоятельно независимые часы. Для обхождения той проблемы исследователи используют тщательно продуманную систему обратной связи, названную расческой частоты что исправления средняя частота лазеров в известном кратном числе частоты различия.
Средняя лазерная частота тогда выпадает из уравнения, оставляя набор частоты различия известной части частоты Комптона. Темп пометки часов таким образом установлен одной только массой цезиевого атома.
Эксперимент является «проявлением силы», говорит Зал, кто разделил Нобелевскую премию в физике в 2005 для его роли в развитии расчески частоты. Однако точность буровой установки является только частью в 100 миллионах, он говорит, таким образом, любое требование, что это может конкурировать с атомными часами, «принуждает полагать, что курение определенной сущности законно в Калифорнии».Реальное значение подхода может прибыть в пересмотр килограмма, говорит Зал. Килограмм является последней физической единицей в Международной системе Единиц, определенных физическим экспонатом, цилиндром платинового иридия, сохраненным Международным бюро Весов и Мер в Севре, Франция.
Но тот стандарт становился постоянно легче за десятилетия, поскольку он неоднократно чистится, говорит он.Измерение частоты Комптона предлагает другой способ определить единицу. Исследователи могли просто определить константу Планка, число, которое должно быть умножено на ту частоту для получения массы атома. Измерение частоты Комптона атома тогда дало бы точное значение своей массы в килограммах.
Фактически, эксперименту Мюллера можно дать иное толкование как измерение константы Планка в существующей системе единицы, говорит Зал. Бригада во главе с Франсуа Бирабаном из Ecole Normale Superieure в Париже использовала очень похожий метод для производства лучшего измерения, добавляет он.Даже если килограмм будет пересмотрен таким образом, то он все еще возьмет работу для перевода его к макроскопическому масштабу повседневной жизни. «Существует длинный путь для движения от микроскопической массы атома к чему-то, что Вы можете взять в супермаркет, чтобы гарантировать, что при покупке килограмма сахара это – килограмм», говорит Стивен Кандифф, физик в JILA. Исследователи с инициативой определения килограмма звонили, Проект Авогадро пробуют, устраняют этот разрыв путем вылепления сфер кремния, содержащего точные числа атомов.
Если бы ученые могут прибить массу кремниевого атома, сферы перевели бы ту массу к макроскопическому масштабу.