Atomové hodiny jsou stále přesnější

Vyjasněn důležitý faktor nejistoty v atomových hodinách Font nn

Atomové hodiny cesia v čipovém formátu © NIST
číst nahlas

Dříve se předpokládalo, že přesnost současných nejlepších atomových hodin nelze významně zvýšit. To už není pravda. Sérií experimentů na fontánových atomových hodinách objevili vědci dosud neznámý efekt ve spojení se vzájemnými srážkami atomů cesia v hodinách.

V mezinárodním systému jednotek (SI) je druhý určen určitým mikrovlnným přechodem mezi dvěma vnitřními energetickými stavy atomu cesia. V cesiových kašních hodinách, nejlepším typu primárních atomových hodin, které jsou dnes k dispozici, laserové paprsky pomáhají zachytit a ochladit atomy cesia v malém oblaku. Poté se atomový mrak hodí asi jeden metr vysoko, než znovu spadne. Během této volné letové fáze může být frekvence přechodu stanovena s nejvyšší přesností. Dnešní hodinové hodiny představují délku SI sekund s přesností 15 číslic za desetinnou čárkou.

Atomové srážky přinášejí nepřesnosti

Pro provoz jakýchkoli primárních atomových hodin je rozhodující to, že všechny účinky, které by mohly změnit rezonanční frekvenci atomů, jsou detailně pochopeny, takže výsledným frekvenčním posunům lze zabránit nebo je opravit. Kvůli vzájemným kolizím studených atomů v cloudu je nutná podstatná korekce cesiových fontánových hodin. Obecně platí, že omezená přesnost, s jakou lze tuto opravu provést, představuje velkou část celkové zbytkové nejistoty sekund z plnicích hodin.

Offset of shock shock

Nyní vědci z Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) v Braunschweigu ve spolupráci s kolegy z Národní fyzikální laboratoře (NPL) ve Velké Británii a Národního institutu pro normy a technologie (NIST) v USA vyvinuli novou metodologii Šokům spouštěnému frekvenčnímu posunu lze od začátku zabránit.

Mírným nastavením výkonu mikrovlnného záření, které excituje přechod v atomu cesia, lze celkový posun dopadu změnit ze záporných na kladné hodnoty - nebo provést přesně nulu. Použitý fyzikální princip souvisí s tím, jak se kvalitativně a kvantitativně mění kolize mezi studenými atomy, zatímco oblak atomů letí přístrojem. Tento fyzický model mohl být potvrzen numerickými simulacemi vědci na NPL pomocí kolizní fyziky vypočítané kolegy z NIST. zobrazit

To má za následek fascinující perspektivu provozu cesiových fontánových hodin s přesně kompenzovaným posunem šoků, takže již není nutná výslovná korekce. V současné době probíhá další výzkum s cílem stanovit praktické limity této operace bez dopadu. Již však lze předpokládat, že cesiové fontány budou mnohem silnější, než se původně předpokládalo.

(Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), 22.06.2007 - NPO)