Как управлять частотой атомных часов с помощью взаимодействия между атомами в кубической решетке

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Рассуждения | Наука и космос

Атомные часы — это устройства, которые измеряют время с невероятной точностью, используя частоту света, соответствующую энергетическим переходам атомов. Они считаются самыми точными часами во вселенной, и их применение включает в себя навигацию, телекоммуникацию, фундаментальную науку и т. д. Однако, как и любая технология, атомные часы несовершенны и подвержены различным искажениям, которые могут ухудшить их точность. Одним из таких искажений являются коллективные Лэмбовские сдвиги — маленькие сдвиги частоты, вызванные взаимодействием между атомами в решетке часов.

Атомные диполи на решетке взаимодействуют, создавая наблюдаемый пространственно изменяющийся сдвиг частоты (показан синим или красным цветом)
Автор: Steven Burrows/Ye Group Источник: phys.org

Что такое решетка часов? Это способ удерживать атомы в определенном пространственном порядке с помощью лазерного света. Атомы в решетке часов возбуждаются лазером-зондом в квантовое состояние, называемое состоянием часов, которое определяет частоту тикающих часов. Существуют разные типы решеток часов, но одним из самых перспективных является кубическая решетка, в которой атомы удерживаются во всех направлениях, образуя кубическую структуру. Такая решетка имеет ряд преимуществ, таких как высокая плотность атомов, однородность и равновесие, но также требует сложной подготовки и загрузки атомов в решетку.

Исследователи из JILA и NIST, под руководством Джуна Йе, провели уникальный эксперимент с кубической решеткой часов, используя атомы стронция-87. Они смогли не только контролировать и минимизировать Лэмбовский сдвиг, но и изучить их пространственное распределение и зависимость от угла лазера-зонда. Это позволило им калибровать часы с более высокой точностью и открыть новые возможности для исследования многочастичной физики в системе часов.

Коллективный Лэмбовский сдвиг — это эффект, который возникает, когда много атомов находятся в плотно ограниченном пространстве и взаимодействуют друг с другом, как диполи. Диполь — это объект, который имеет два противоположно заряженных полюса, например, магнит или атом в квантовой суперпозиции двух состояний. Когда атомы в решетке часов находятся в такой суперпозиции, они взаимодействуют друг с другом через диполь-дипольное взаимодействие, которое изменяет электромагнитную модовую структуру вокруг них. Это приводит к сдвигу частоты, который зависит от количества и расположения атомов в решетке.

Кооллективные Лэмбовские сдвиги были предсказаны теоретически еще в 2004 году, но тогда они казались слишком далекой для наших технологий проблемой точности часов. Однако, с развитием технологии и увеличением числа атомов в решетках часов, эти сдвиги стали более актуальными и заметными. Особенно это касается кубической решетки, в которой атомы имеют большую плотность и сильнее взаимодействуют друг с другом.

Чтобы измерить и контролировать эти сдвиги, исследователи из JILA и NIST использовали специальные методы спектроскопии изображений, которые позволяли им получать информацию о частоте и распределении атомов в решетке. Они обнаружили, что Лэмбоские сдвиги не одинаковы по всей решетке, а меняются в зависимости от положения атомов. Это означает, что частота тикающих часов может немного отличаться от одной части решетки к другой, что является важным фактором для точности часов.

Исследователи также нашли связь между Лэмбовским сдвигом и углом лазера-зонда относительно решетки. Они выяснили, что можно найти такой угол, при котором сдвиг частоты меняет знак с положительного на отрицательный, и при этом наблюдается нулевой коллективный Лэмбовский сдвиг. Это означает, что атомы находятся в особом квантовом состоянии, которое не испытывает влияния от взаимодействия с другими атомами. Используя этот угол, исследователи смогли сделать часы более устойчивыми к Лэмбовским сдвигам и повысить их точность.

Кроме того, исследователи планируют рассмотреть Лэмбовский сдвиг не только как проблему, но и как возможность для изучения других явлений квантовой физики в системе часов. Например, они хотят исследовать эффект спинового сжатия, который заключается в создании квантового запутывания между атомами, что может улучшить чувствительность часов. Также они хотят изучать другие типы взаимодействий между атомами, которые могут привести к новым фазовым переходам и коллективным явлениям.

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Как CO₂ поможет колонизировать Марс? Новая роль термогенераторов

Заселение Марса — мечта, которая все ближе к реальности. Но освоение Красной планеты сопряжено с огромным количеством вызовов, один из которых — обеспечение колонистов...

Для чего на старых автомобилях использовался звонок на колесах

В начале XX века автомобильная промышленность находилась на этапе активного развития. Автомобили становились все более популярными, но их эксплуатация сопровождалась множеством трудностей,...

Обзор компьютерного кресла ZONE 51 Freelancer P3

После того как появилась студия, из-за нехватки бюджета и ремонта сидели там на табуретках — безусловно, вещь легендарная и основную функцию выполняет на все 100%, но все же хочется...

А кто это сделал? Обзор мультиметра Hanmatek DM20

Мультиметров довелось повидать множество и все она обладали плюс-минус одинаковым набором функций, что и предполагается приставкой «мульти» в наименовании типа прибора. Однако модель Hanmatek DM20...

Почему пароочиститель подходит для дезинфекции детских игрушек: как не испортить игрушки

Сегодня забота о чистоте детских игрушек выходит за рамки обычной гигиены — родители стремятся к тому, чтобы каждая игрушка была не только чистой, но и безопасной для ребёнка. Вирусы,...

Как я познал дзен! Обзор аэрогриля Dreame Trouver AeroChef FD10 Pro: готовим быстро и с удовольствием!

Продолжаю знакомить читателей с кухонными помощниками и в этот раз это Dreame Trouver AeroChef FD10 Pro — аэрогриль, призванный заменить духовой шкаф. Несмотря на свои скромные габариты,...