Itérbio Dando comunitário Standards Tempo Mais Opções em desenvolvimento da próxima geração de relógios atômicos

Published on August 11, 2009 at 7:47 PM

Um relógio experimental atômico baseado em átomos de itérbio é cerca de quatro vezes mais preciso do que era há vários anos, dando-lhe uma precisão comparável à do relógio fonte NIST-F1 césio, padrão da nação tempo civil, cientistas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) relatório na Physical Review Letters .*

Esta foto mostra aproximadamente 1 milhão de átomos de itérbio iluminado por um laser azul em um relógio atômico experimental que mantém os átomos em uma estrutura feita de feixes de laser que se cruzam. A foto foi tirada com uma câmera digital através da janela de uma câmara de vácuo. NIST está estudando a possibilidade de utilização de átomos de itérbio na próxima geração de relógios atômicos com base em freqüências ópticas, que poderia ser mais estáveis ​​e precisas do que os padrões de hoje o melhor tempo, que são baseados em freqüências de microondas. Crédito: Barber, NIST

Cientistas do NIST avaliou o relógio, medindo a freqüência natural de itérbio, cuidadosamente contabilização de todos os desvios possíveis, tais como aqueles causados ​​por colisões entre os átomos, e usando NIST-F1 como uma "régua" para comparação. Os resultados foram bons o suficiente para indicar que o relógio itérbio é competitivo em alguns aspectos com o NIST-F1, que tem vindo a melhorar de forma constante e agora mantém o tempo dentro de um segundo em cerca de 100 milhões de anos. (Porque a definição internacional do segundo baseia-se no átomo de césio, tecnicamente relógio não pode ser mais precisos do que os padrões de césio como NIST-F1.) Mais importante, o relógio itérbio melhorou dá tempo comunidade de padrões mais opções no desenvolvimento contínuo e comparações da próxima geração de relógios, diz o físico do NIST Chris Oates, um dos autores do novo estudo.

O NIST relógio itérbio é baseado em cerca de 30.000 átomos de metais pesados ​​que são resfriados a 15 microkelvins (próximo ao zero absoluto) e preso em uma coluna de várias centenas de panqueca em formato de poços-um "rede óptica", feito de luz laser. Um laser que "tiques" 518 trilhões de vezes por segundo induz uma transição entre dois níveis de energia nos átomos. Melhor desempenho do relógio foi possível graças a melhorias no aparelho e uma mudança para uma forma diferente de itérbio, cujo núcleo é ligeiramente magnético devido a sua "spin-metade" momentum angular. Esse átomo é menos suscetível a erros de chave que o "spin-zero" forma de itérbio utilizada anteriormente.

Os cientistas estão desenvolvendo NIST cinco versões da próxima geração de relógios atômicos, cada um usando um átomo diferente e oferecendo vantagens diferentes. Os relógios experimental operar na óptica (luz visível) freqüências, que são maiores do que as freqüências de microondas utilizados em NIST-F1, e assim podem dividir o tempo em unidades menores, gerando assim mais relógios estável. Além disso, relógios ópticos poderiam um dia levar a padrões de tempo de até 100 vezes mais precisos que os relógios de hoje microondas.

Os melhores relógios ópticos atualmente são baseados em íons simples (átomos eletricamente carregados), como o "relógio lógica" NIST usando um íon de alumínio (veja "Rivals 'Relógio Logic Quantum" NIST Mercury Ion como relógio mais preciso do mundo ".) Lattice Mas relógios têm o potencial para maior estabilidade, porque os sinais simultaneamente média de dezenas de milhares de átomos. Comparações em curso do relógio itérbio para que o relógio de estrôncio rede localizados nas proximidades no JILA, um instituto comum de NIST ea University of Colorado em Boulder, (ver "Colaboração Ajuda Fazer JILA Relógio Estrôncio Atomic" Best in Class ") deve ajudar permitir testes de desempenho em todo o mundo relógio óptico com precisão extremamente elevada. JILA É neste ponto que está longe de ser claro qual átomo e design do relógio serão selecionados por grupos de pesquisa em todo o mundo como um tempo futuro e padrão de freqüência.

Avanços em apoiar o desenvolvimento atômico clock o desempenho de tecnologias como o de telecomunicações alta taxa de dados e do Sistema de Posicionamento Global (GPS). Relógios ópticos já estão fornecendo medidas de registro de possíveis mudanças no fundamental "constantes" da natureza, uma linha de investigação que tem enormes implicações para a cosmologia e testes de as leis da física, como as teorias de Einstein da relatividade especial e geral. Próxima geração de relógios pode levar a novos tipos de sensores de gravidade para explorar os recursos naturais subterrâneas e os estudos fundamentais da Terra. Outras aplicações possíveis incluem ultra-precisos de navegação autônoma, tais como aviões de pouso por GPS.

* ND Lemke, AD Ludlow, ZW Barber, TM Fortier, SA Diddams, Y. Jiang, SR Jefferts, TP Heavner, TE Parker e CW Oates. Spin-1 / 2 clock rede óptica. Physical Review Letters. Publicado on line 03 de agosto de 2009.

Last Update: 10. October 2011 06:10

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