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Atome in optischen Tuben verpackt Boost-Leistung für Experimentelle Atomic Clocks

Published on February 5, 2011 at 5:01 AM

In einem typischen Paradox der Welt der Quanten, haben JILA Wissenschaftler Kollisionen zwischen Atomen in einer Atomuhr durch die Verpackung die Atome näher zusammen eliminiert.

Die überraschende Entdeckung, in der 3. Februar-Ausgabe von Science Express beschrieben, kann erhöhen die Leistungsfähigkeit der experimentellen Atomuhren von Tausenden oder Zehntausenden von neutralen Atomen durch sich kreuzende Laserstrahlen gefangen hat.

Kreuzenden Laserstrahlen erzeugen "optische Röhren", um Atome dicht zusammen packen, da dadurch ihre Interaktion und die Leistung von Strontium-Atom JILA die Uhr.

JILA wird gemeinsam von der National Institute of Standards and Technology (NIST) und der University of Colorado Boulder betrieben.

JILA Wissenschaftler bewiesen, den neuen Ansatz mit ihrer experimentellen Uhr rund 4.000 Strontium-Atomen. Anstatt das Laden der Atome in einem Stapel von Pfannkuchen-förmigen optischen Fallen wie in ihren früheren Arbeiten, verpackt Wissenschaftler die Atome in Tausende von horizontalen optischen Röhren. Das Ergebnis war eine mehr als zehnfache Verbesserung in Takt-Leistung, weil die Atome in Wechselwirkung so stark, dass, allen Widrigkeiten zum Trotz, sie schlagen einander gestoppt. Die Atome, die normalerweise zu hängen, wie getrennt und entspannt, bekommen so verstört von der Nähe zusammen, dass das Ensemble wirkungsvoll in festgefroren gezwungen.

"Die Atome verwendet, um die ganze Tanzfläche zu bewegen sich auf und jetzt sind sie in den Gassen beschränkt, so dass die Wechselwirkungsenergie Weg geht nach oben", sagt NIST / JILA Fellow Jun Ye, Leiter der experimentellen Team.

Wie genau funktioniert hohen Wechselwirkungsenergie-bis zu welchem ​​Grad ein Atom Verhalten wird durch die Anwesenheit anderer-Kollisionen geändert? Die Ergebnisse machen vollen Sinn in der Welt der Quanten. Strontium-Atome sind eine Klasse von Teilchen als Fermionen bezeichnet. Wenn sie in gleicher Energie Staaten sind, können sie nicht die gleichen Ort zur gleichen Zeit, das heißt, sie können nicht kollidieren. Normalerweise wird der Laserstrahl benutzt, um die Uhr in Betrieb interagiert mit den Atomen, ungleichmäßig, so dass die Atome unterschiedlicher genug, um zu kollidieren. Aber die Wechselwirkungsenergie der Atome in optischen Tuben verpackt ist jetzt höher als alle Energie-Verschiebungen, die durch den Laser verursacht werden, verhindert die Atome aus differenzierenden genug, um zu kollidieren.

Die Idee wurde von JILA Theoretiker Ana Maria Rey vorgeschlagen und demonstriert im Labor von Ye Gruppe.

Angesichts der neuen Erkenntnisse, glaubt ihr seine Uhr und andere auf der Grundlage neutraler Atome wird in Bezug auf Genauigkeit im Wettbewerb mit weltweit führenden experimentellen Uhren auf einzelne Ionen (elektrisch geladene Atome) basiert. Die JILA Strontium-Uhr ist derzeit mit der besten Performance experimentelle Uhr auf neutralen Atomen und, zusammen mit einigen NIST-Ionen und neutralen Atom Uhren, ein möglicher Kandidat für eine künftige internationale Zeit-Standard. Die Geräte liefern hochgenaue Zeit durch Messung Schwingungen (die dienen als "Zecken") zwischen den Energieniveaus in den Atomen.

Zusätzlich zur Verhinderung von Kollisionen, die Feststellung bedeutet auch, dass je mehr Atome in die Uhr, desto besser. "As-Atom Zahlen zu erhöhen, sowohl Mess-Präzision und Genauigkeit entsprechend zu erhöhen", sagt Ye.

Zum Abfangen der Atome in optischen Röhren, Wissenschaftler der ersten Verwendung blauen und roten Laser, um Strontium-Atomen auf etwa 2 Mikrokelvin in eine Falle, dass Licht und magnetische Felder verwendet cool. Eine vertikale Gitter von Lichtwellen wird mit Hilfe einer Infrarot-Laserstrahl, der Spannweiten und Fallen der Atomwolke. Dann eine horizontale Infrarot-Laserstrahl wird eingeschaltet, wodurch optischen Tubus Fallen an der Kreuzung mit der vertikalen Laser.

Quelle: http://www.nist.gov/

Last Update: 3. October 2011 03:25

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