Site Sponsors
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions

Ytterbium gi tid Standards fellesskap Flere valg i utviklingen av neste generasjon Atomic Clocks

Published on August 11, 2009 at 7:47 PM

En eksperimentell atomklokke basert på ytterbium atomer er omtrent fire ganger mer nøyaktig enn det var flere år siden, gir det en presisjon sammenlignbar med den NIST-F1 cesium fontene klokke, landets sivile tide standard, forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) rapporterer i Physical Review Letters .*

Dette bildet viser om lag 1 million ytterbium atomer opplyst av en blå laser i en eksperimentell atomklokke som holder atomene i et gitter av kryssende laserstråler. Bildet ble tatt med et digitalt kamera gjennom vinduet i et vakuum kammer. NIST studerer mulig bruk av ytterbium atomer i neste generasjons atomklokkene basert på optiske frekvenser, noe som kan være mer stabil og nøyaktig enn dagens beste tid standarder, som er basert på mikrobølge frekvenser. Credit: Barber, NIST

NIST forskerne evaluert døgnet ved å måle den naturlige frekvensen av ytterbium, nøye regnskap for alle mulige avvik slik som de som er forårsaket av kollisjoner mellom atomene, og ved å bruke NIST-F1 som en "hersker" for sammenligning. Resultatene var gode nok til å indikere at ytterbium klokken er konkurransedyktig i noen henseender med NIST-F1, som har blitt bedre jevnt og nå holder tid til innen 1 sekund på om lag 100 millioner år. (Fordi den internasjonale definisjonen av den andre er basert på cesium atom, kan teknisk sett ikke klokke være mer nøyaktig enn cesium standarder som NIST-F1.) Enda viktigere, gir forbedret ytterbium klokke tiden standarder samfunnet flere alternativer i den pågående utviklingen og sammenligninger av neste generasjons klokker, sier NIST fysiker Chris Oates, en forfatter av nytt papir.

Den NIST ytterbium klokken er basert på rundt 30.000 heavy metal atomer som er nedkjølt til 15 microkelvins (nær det absolutte nullpunkt) og fanget i en kolonne på flere hundre pannekake-formede brønner-en "optisk gitter"-laget av laserlys. En laser som "ticks" 518 billion ganger per sekund induserer en overgang mellom to energinivåer i atomer. Klokken forbedrede prestasjoner ble gjort mulig ved forbedringer i apparat og en bryter til en annen form for ytterbium der kjernen er litt magnetisk pga sin "spin-ene halvdelen" spinn. Dette atom er mindre utsatt for nøkkelen feil enn den "spin-zero" form av ytterbium brukt tidligere.

NIST forskere utvikler fem versjoner av neste generasjons atomklokkene, hver med et annet atom og tilbyr forskjellige fordeler. Den eksperimentelle klokker alle opererer på optisk (synlig lys) frekvenser som er høyere enn mikrobølgeovn frekvenser som brukes i NIST-F1, og dermed kan dele tiden inn i mindre enheter, og dermed gir mer stabil klokker. I tillegg kan optiske klokker en dag føre til tid standarder opptil 100 ganger mer nøyaktig enn dagens mikrobølgeovn klokker.

Den beste optiske klokker er i dag basert på enkle ioner (elektrisk ladede atomer), som NIST "logikken klokke" ved hjelp av en aluminium ion (se "NIST 'Quantum Logic Clock' Rivals Mercury Ion som verdens mest nøyaktige Clock".) Men gitter klokker har potensial for høyere stabilitet fordi de samtidig gjennomsnittlig signaler fra titusenvis av atomer. Pågående sammenligninger av ytterbium klokke til den av strontium gitteret klokken lokalisert i nærheten på JILA, et felles institutt for NIST og University of Colorado i Boulder, (se "Samarbeid bidrar til å gjøre JILA Strontium Atomic Clock" Best in Class ") skal hjelpe muliggjøre verdensomspennende tester av optisk klokke ytelse med ekstremt høy presisjon. JILA er på dette punktet er det langt fra klart hvilke atom og klokke design vil bli valgt av forskningsgrupper rundt om i verden som en fremtidig tid og frekvens standard.

Fremskritt i atomklokke performance støtte utvikling av teknologier som høy datahastighet telekommunikasjon og Global Positioning System (GPS). Optisk klokker er allerede gir rekord målinger av mulige endringer i de fundamentale "konstantene" av natur, en linje undersøkelseskommisjon som har enorme implikasjoner for kosmologi og tester av fysikkens lover, slik som Einsteins teorier om spesielle og generelle relativitetsteori. Neste generasjons klokker kan føre til nye typer av tyngdekraften sensorer for å utforske underjordiske naturressurser og grunnleggende studier av Jorden. Andre mulige bruksområder kan være ultra-presise autonome navigering, for eksempel landing fly av GPS.

* ND Lemke, AD Ludlow, ZW Barber, TM Fortier, SA Diddams, Y. Jiang, SR Jefferts, TP Heavner, TE Parker og CW Oates. Spin-1 / 2 optisk gitter klokke. Physical Review Letters. Publisert online 3 august 2009.

Last Update: 7. October 2011 09:59

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit