MIT-Experten behaupten, die Genauigkeit von Atomuhren sei doppelt so hoch. • Registrieren
MIT-Forscher sagen, sie hätten einen Weg gefunden, die Genauigkeit optischer Atomuhren zu verdoppeln, indem sie das Quantenrauschen ihrer tickenden Wolken zum Schweigen bringen.
Atomuhren halten die Zeit, indem sie die natürlichen Schwingungen der Atome überwachen, während sie sich zwischen Energiezuständen bewegen.
Jedes Atom dreht sich unvorstellbar schnell. Cäsium zum Beispiel vibriert mehr als 10 Milliarden Mal pro Sekunde. Indem Wissenschaftler Laser (in optischen Atomuhren) oder Mikrowellen (in „konventionellen“ Atomuhren) an diese Frequenzen koppeln, können sie die Zeit bis auf Milliardstelsekunden genau messen.
Das Problem besteht darin, dass Atome, was nicht überraschend ist, sehr schwer zu messen sind. Die Quantenmechanik ist nicht nur sehr, sehr klein, sie ist auch in eine Art mikroskopische Statik eingebaut, die es unmöglich macht, ihr Ticken mit absoluter Sicherheit zu messen.
Das MIT-Team hat einen Weg gefunden, die Stabilität mithilfe einer Technik abzustimmen, die sie globale Phasenspektroskopie nennen und die sie in einer neuen, von ihnen veröffentlichten Studie beschreiben. die Natur
Dabei wird Laserlicht durch eine Wolke verschlungener Atome gestrahlt und winzige Veränderungen in ihrem kollektiven Verhalten gemessen. Wenn Licht Atome durchdringt, versetzt es diese kurzzeitig in einen höheren Energiezustand, bevor es wieder nach unten fällt. Dabei behalten die Atome eine unbewusste „Erinnerung“ an die Wechselwirkung, die sogenannte globale Phase.
Wissenschaftler gingen lange davon aus, dass dieser Effekt irrelevant sei, doch das MIT-Team entdeckte, dass er tatsächlich nützliche Informationen über die Frequenz des Lasers enthält. Mithilfe dieser Informationen konnten sie den Laser, mit dem das Ticken der Atomuhr gemessen wurde, präziser stabilisieren und so seine Genauigkeit effektiv verdoppeln.
„Der Laser erbt letztlich das Ticken von Atomen“ sagte Die erste Studie wurde von Leon Zaporski verfasst. „Aber um dieses Erbe langfristig zu bewahren, muss der Laser stabil genug sein.“
Diese Stabilität ist schwer zu erreichen, da optische Atomuhren mit viel höheren Frequenzen arbeiten als ihre mikrowellenbasierten Gegenstücke. „Wenn Atome 100 Billionen Mal pro Sekunde ticken, ist das 10.000 Mal schneller als eine Mikrowellenfrequenz“, erklärte Studienautor Vladan Vuletic, Professor für Physik am MIT.
Es besteht die Hoffnung, dass die Forschung optische Atomuhren schließlich klein und stabil genug machen könnte, um aus den Laboren ins Feld zu gelangen. „Mit diesen Uhren versuchen die Menschen, dunkle Materie und dunkle Energie aufzuspüren und zu testen, ob es wirklich nur vier Grundkräfte gibt, und auch zu sehen, ob diese Uhren Erdbeben vorhersagen können“, sagte Vuletic.
„Wir glauben, dass unsere Methode dazu beitragen kann, diese Uhren transportierbar und dort einsetzbar zu machen, wo sie benötigt werden.“
