За първи път преносим атомен часовник е използван за измерване на гравитацията

Преносимият атомен часовник с облак от лазерно охлаждани атоми на стронций. (Федерален физико-технически институт)

Атомните часовници са способни на най-прецизните физически измервания, които човечеството може да направи, но тъй като са толкова сложни, те са били ограничени до лабораторна употреба - досега.

За първи път учените разработиха преносима версия и я използваха за измерване на гравитацията извън лабораторни условия.

Технологията, използвана в атомните часовници, спира дъха. Те следят изключително редовното трептене на атомите, уловени от лазери, за да поддържат възможно най-точното време, позволявайки то да бъде измерено до 18-ия знак след десетичната запетая.

Най-точният атомен часовник, създаван някога с помощта на стронциеви атоми, съдържащи се в решетка от лазери - това, което е известно като атомен часовник с оптична решетка - няма да загуби или спечели секунда за 15 милиарда години . Това е по-дълго от настоящата възраст на Вселената.

Атомите на стронция се охлаждат до температура малко над тази на абсолютната нула, уловени от интерферентния модел на два лазерни лъча. Лазерът възбужда атома, което го кара да трепти.

Новото преносим атомен часовник , също стронциева оптична решетка, разработена от изследователи от Physikalisch-Technische Bundesanstal в Германия, не е толкова точна, колкото рекордьора от 2015 г. Той има несигурност от 7,4 × 10−17.

Но е достатъчно точен за измерване на гравитационното червено отместване, както международният екип от изследователи току-що откри.

Знаем, че гравитацията влияе на материята. Знаем, че влияе на светлината. И, да, има ефект и върху времето – където гравитацията е по-силна, времето се движи по-бавно.

Не бихте могли да откриете това с обикновен часовник на Земята, но атомните часовници са толкова точни, че могат да се използват за измерване на този ефект.

Това поле се нарича релативистка геодезия , защото, изненада, това е предсказано от теорията на Айнщайн за обща теория на относителността .

Гравитационното червено отместване също е било измервано от атомни часовници в лабораторни условия преди. Измерването му с преносимия атомен часовник не ни казва нищо ново за гравитационното червено отместване - но ни казва, че преносимият атомен часовник си струва да бъде преследван.

Атомният часовник в трейлъра му. (Федерален физико-технически институт)

Екипът закара часовника в стабилизирано от температурата и гасено от вибрации ремарке до френската подземна лаборатория Modane и сравни направените от тях измервания с измервания, направени в Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica в Торино, на 90 километра и при разлика във височината 1000 метра (3280 фута).

Връзка с оптични влакна и честотни гребени позволява двата часовника да бъдат свързани и показанията им да се сравняват точно.

Междувременно бяха направени и измервания с помощта на криогенен цезиев фонтанен часовник и часовник с итербиева оптична решетка. След това изследователите закарали преносимия часовник в Торино, за да го сверят с измерванията на това място.

Измерванията бяха последователни, но часовникът все още се нуждае от малко работа, пише Андрю Лъдлоу от Националния институт за стандарти и технологии, който не е участвал в изследването.

„Както би се очаквало за този тип пионерски усилия, кампанията за измерване не беше перфектна,“ той написа в свързана редакционна статия за Природна физика с .

„Имаше периоди от време, когато преносимият оптичен часовник не функционираше и точността на измерванията беше ограничена под възможностите на оптичните часовници.

„И докато релативистичното геодезическо измерване се съгласува добре с конвенционалните геодезически измервания, неговата точност беше с два порядъка по-ниска от конвенционалните техники.“

Въпреки това експериментът доказа принципа, представлявайки важен крайъгълен камък към преносимите атомни часовници.

В бъдеще те могат да се използват по много по-гъвкави начини от сегашните лабораторни атомни часовници.

Например, поставянето на оптичен решетъчен часовник в космоса ще отвори нови тестове за обща теория на относителността, сравнение със земни атомни часовници, геофизика, космическа интерферометрия и, да, по-релативистични геодезически тестове от височини на ниска околоземна орбита.

Може също така да помогне за наблюдение на промените на морското равнище в резултат на изменението на климата , и да помогне за създаването на единна световна референтна система за височина, отбелязват изследователите.

„Оптичните часовници се считат за следващото поколение атомни часовници – работещи не само в лаборатории, но и като мобилни прецизни инструменти,“ каза Кристиан Лисдат на Physikalisch-Technische Bundesanstalt.

„Това сътрудничество отново доказва как дисциплини като физика или метрология, геодезия и изследване на въздействието върху климата могат взаимно да се облагодетелстват.“

Докладът на екипа е публикуван в списанието Природна физика .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.