Yüklü İyonlarla Yeni ve En Hassas Saat

Yuklu Iyonlarla Yeni ve En Hassas Saat
Yuklu Iyonlarla Yeni ve En Hassas Saat - Nötr atomlar, Adam Kaufman'ın Colorado Boulder Üniversitesi'ndeki laboratuvarındaki bilim insanları tarafından bir optik tuzak sistemi kullanılarak kontrol ediliyor. Tuzaklanan atomlar aydınlatıcı yeşil alanda yer alıyor. Adam Kaufman'a teşekkürler

Yeni oluşturulan bir saat dış etkilere daha az duyarlı ve iyonların nükleer yapısına daha duyarlı hale getiriliyor. Kesirli belirsizlikleri 10-18  veya 30 milyar yılda yaklaşık 1 saniye olan optik saatler, bugüne kadarki en doğru frekans ölçümlerini sağlamaktadır.

Bugüne kadar hepsi nötr veya tek yüklü atomları kullanmıştır, ancak elektronların bir kısmından veya hatta çoğundan yoksun olan yüksek yüklü iyonlar (YYİ) olası bir ikame olarak önerilmiştir. Nötr veya tek yüklü muadillerine kıyasla, en dıştaki elektron bir YYİ’de daha sıkı bağlanmıştır. Sonuç olarak, elektron dış elektromanyetik kuvvetlere daha az duyarlıdır. Ayrıca, iyonun çekirdeği üzerinde daha büyük bir etkiye sahiptir.

Yüksek Yüklü İyonlu Saatler

Bununla birlikte, YYİ tabanlı saatlerin zorlukları olmuştur. Örneğin YYİ’lerin soğutulması zordur. İyonlar, bu kadar yüksek iyonlaşma üretmek için gereken megakelvin koşullarında bir saat için gereken milikelvin sıcaklıklarına ulaşmak için önemli miktarda enerji harcamalıdır. Buna ek olarak, izin verilen geçişlerin optik dalga boylarının dışında gerçekleşmesi nedeniyle YYi’lerin doğrudan lazerle soğutulması zordur. Son zamanlarda bilim insanları, çevredeki YYi’leri yavaşlatmak için Coulomb etkileşimini kullanan sempatik soğutma adı verilen geçici bir çözüm keşfettiler.

Almanya Ulusal Metroloji Enstitüsü’nden Piet Schmidt ve meslektaşları kısa bir süre önce bu gelişmeleri ve diğerlerini temel alan ilk HCI optik saatini gösterdiler. Sadece beş elektronlu argon iyonu Ar13+ kullanan kavram kanıtı saatlerinin kesirli belirsizliği 2.2 × 10−17 idi.

Ar13+ frekansı, tek bir iterbiyum iyonu olan 171Yb+ kullanan bir saate göre hesaplandı.

Schmidt ve çalışma arkadaşları, Ar iyonunun iyon tuzağındaki küçük hareketlerinin neden olduğu zaman genişlemesinin yeni saatteki belirsizliğin ana nedeni olduğunu keşfetti. Gelecekteki tuzak tasarımları bu sorunu ve ardından gelen belirsizliği ortadan kaldırabilmelidir.

Araştırmacılar, çok elektronlu bir sistemde ilk kez nükleer geri tepmenin kuantum elektrodinamik bileşenini ölçmek için bu sistemi kullandılar.

İki izotop,  40Ar13+ and 36Ar13+ arasındaki frekans farkı, genel geri tepmeyi hesaplamalarını sağladı.

Sonuç, izotop kaymasının daha önceki ölçümlerinden neredeyse dokuz mertebe daha doğruydu ve atomik yapı tahminleriyle anlamlı bir şekilde karşılaştırılabilecek kadar doğruydu.

Schmidt ve meslektaşları, kuantum elektrodinamiği etkilerinin literatürde sıklıkla göz ardı edilmesine rağmen, teorik tahminler ve deneysel sonuçların ancak bu etkiler dikkate alındığında uyuştuğunu keşfetti.

Diğer YYİ’ler de araştırmacıların yöntemlerini kullanabilmelidir. YYİ saat geçişleri, kuantum elektrodinamiğine ek olarak, ince yapı sabitindeki potansiyel değişikliklere ve karanlık madde için bazı adaylara karşı son derece hassastır.

Kaynak: physicstoday – Heather M. Hill

Benzer Reklamlar

İlk yorum yapan olun

Yorumunuz