Ytterbium Donnant à la Communauté de Normes de Temps Plus d'Options à l'étude Des Horloges Atomiques De La Deuxième Génération

Published on August 11, 2009 at 7:47 PM

Une horloge atomique expérimentale basée sur des atomes de ytterbium est environ quatre fois plus précise que c'était il y a plusieurs années, lui donnant une précision comparable à celle de l'horloge de fontaine du césium NIST-F1, la norme de temps civile du pays, scientifiques à l'état du National Institute of Standards and Technology (NIST) dans la Révision Matérielle Letters.*

Cette photo affiche environ 1 million d'atomes de ytterbium illuminés par un laser bleu dans une horloge atomique expérimentale qui retient les atomes dans un réseau fait de faisceaux lasers de intersection. La photo a été prise avec un appareil photo numérique par l'hublot d'un puits à dépression. Le NIST étudie l'utilisation possible des atomes de ytterbium dans des horloges atomiques de la deuxième génération basées sur les fréquences optiques, qui pourraient être plus stables et précises que les meilleures normes de temps d'aujourd'hui, qui sont basées sur des fréquences micro-ondes. Crédit : Coiffeur, NIST

Les scientifiques de NIST ont évalué l'horloge en mesurant la fréquence naturelle du ytterbium, représentant soigneusement tous les écarts possibles comme ceux provoqués par des collisions entre les atomes, et à l'aide de NIST-F1 comme « grille de tabulation » pour la comparaison. Les résultats étaient assez bons pour indiquer que l'horloge de ytterbium est compétitive à certains égards avec NIST-F1, qui s'était amélioré solidement et maintient maintenant le temps à dans 1 seconde dans environ 100 millions d'ans. (Puisque la définition internationale de la deuxième est basée sur l'atome de césium, techniquement aucune horloge ne peut être plus précise que des normes de césium telles que NIST-F1.) D'une manière primordiale, l'horloge améliorée de ytterbium donne à la communauté de normes de temps plus d'options dans le développement actuel et les comparaisons des horloges de la deuxième génération, indique le physicien Chris Oates, un auteur de NIST du papier neuf.

L'horloge de ytterbium de NIST est basée sur environ 30.000 atomes de métaux lourds que qui sont refroidis à 15 microkelvins (près de zéro absolu) et enfermé dans un fléau de plusieurs centaines de puits-un en forme de crêpe « réseau optique » - fait en lumière laser. Un laser que « fait tic tac » 518 fois trillion par seconde induit un passage entre deux niveaux énergétiques dans les atomes. La performance améliorée de l'horloge a été rendue possible par des améliorations dans l'appareil et un contact à une forme différente du ytterbium dont le noyau est dû légèrement magnétique son demi » moment angulaire de « rotation-un. Cet atome est moins susceptible des erreurs principales que la forme de « rotation-zéro » du ytterbium utilisée précédemment.

Les scientifiques de NIST développent cinq versions des horloges atomiques de la deuxième génération, chacune utilisant un atome différent et différents avantages de offre. Toutes les horloges expérimentales fonctionnent aux fréquences optiques (de la lumière visible), qui sont plus élevées que les fréquences micro-ondes utilisées dans NIST-F1, et peuvent diviser ainsi le temps en plus petits ensembles, fournissant de ce fait des horloges plus stables. Supplémentaire, les horloges optiques ont pu un jour mener aux normes de temps jusqu'à 100 fois plus précises que les horloges d'aujourd'hui à micro-ondes.

Les meilleures horloges optiques sont actuel basées sur les ions uniques (atomes électriquement chargés), comme le NIST « horloge de logique » utilisant un ion en aluminium (voir l'Horloge de Logique de « NIST « Quantum » l'Ion de Mercury de Rivaux comme Horloge la plus Précise du Monde ».) Mais les horloges de réseau ont le potentiel pour de forte stabilité parce qu'elles font la moyenne simultanément des signes des dizaines de milliers d'atomes. Les comparaisons Actuelles du ytterbium synchronisent à celle de l'horloge de réseau de strontium située tout près à JILA, un institut commun de NIST et l'Université du Colorado à Boulder, (voir les « Aides de Collaboration Rendre Strontium de JILA l'Horloge Atomique « Meilleure dans le Type » ") devrait aider à activer les tests mondiaux de la performance optique d'horloge avec la précision extrêmement haute. JILA est En ce point lui est loin de dégagé que le design d'atome et d'horloge sera sélecté par des organismes de recherche autour du monde comme futurs temps et étalon de fréquence.

Avances dans le développement de support de performance d'horloge atomique des technologies telles que la télécommunication élevée de débit et le Système de Positionnement Mondial (GPS). Les horloges Optiques fournissent déjà des mesures record des évolutions possibles dans les « constantes » principales de la nature, une ligne d'instruction qui a des implications énormes pour la cosmologie et des tests des lois de la physique, telles que les théories d'Einstein de relativité spéciale et générale. Les horloges De La Deuxième Génération pourraient mener aux types neufs de senseurs de gravité pour explorer les ressources naturelles souterraines et les études principales de la Terre. D'Autres applications possibles peuvent comprendre la navigation autonome ultra-précise, telle que des plans d'atterrissage par GPS.

* N.D. Lemke, A.D. Ludlow, Z.W. Barber, T.M. Fortier, S.A. Diddams, Y. Jiang, S.R. Jefferts, T.P. Heavner, T.E. Parker et C.W. Oates. Horloge optique du réseau Spin-1/2. Lettres Matérielles de Révision. Publié en ligne Le 3 août 2009.

Last Update: 13. January 2012 20:52

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