Atomu Pulksteņi, Lai Kļūtu Vēl Precīzāki

{h1}

Lai izveidotu bezvadu savienojumus ar optiskiem atomu pulksteņiem, pētnieki ir raidījuši lāzera impulsus pa brīvu gaisu.

Atjaunināts sestdien, 15. jūnijā, plkst. 15.38. ET.

Galīgais precīzās laika uzskaites piederums - atomu pulkstenis - ir kļuvis vēl precīzāks pēc tam, kad ultrahero lāzera impulsi tika veiksmīgi pārraidīti ārpus klajas debess, lai palīdzētu sinhronizēt jauno optisko atomu pulksteņu "atzīmēšanu".

Īpaši precīza laika saglabāšana nav tikai zinātnes sasniegumu jautājums. Tas ir daudzu mūsdienu tehnoloģiju atslēga, sākot no globālās pozicionēšanas sistēmām (GPS) līdz mobilo tālruņu tīkliem un raidorganizāciju raidītājiem. GPS sistēmām kļūda, kas ir tikai viena nanosekunde vai sekundes miljardā daļa, nozīmētu, ka atrašanās vieta ir aptuveni 12 collas (30 centimetri).

Lai nodrošinātu maksimālu precizitāti, ASV valsts laika standartu nosaka ar atomu pulksteņiem. Pašreizējie izmanto ārkārtīgi aukstus cēzija atomus, atdzesēti ar lāzeru līdz temperatūrai, kas ir tuvu absolūtai nullei. Pēc tam cēzija atomus pūt ar mikroviļņiem, līdz atomi vibrē noteiktā frekvencē. Šī frekvence ir vienāda ar enerģiju, kas tiek absorbēta, kad mikroviļņu starojums liek cēzija atoma attālākajam elektronam pāriet uz augstāku orbītu jeb 9,192,631,770 Hz. Tas, ko mēs saucam par "otro", tiek iegūts no 9 192 631 770 šīs frekvences periodu ilguma. [Priecīgs fizika: stilīgākās mazās daļiņas dabā]

Tagad fiziķi izstrādā jaunus optiskos atomu pulksteņus, kas varētu būt aptuveni 100 reizes precīzāki nekā mikroviļņu bāzes pulksteņi. Tie darbojas līdzīgi, bet mikroviļņu vietā izmanto lāzera gaismu. Lāzera gaismai ir daudz augstāka frekvence, un tādējādi tā dod daudz labāku laika izšķirtspēju un daudz ātrāku datu pārraidi.

Laika uzskaites nepatikšanas

Daudzās valsts laika uzskaites laboratorijās ir vismaz viena veida optiskais atomu pulkstenis,bet sekundes definīcija uz tiem vēl nepaļaujas, daļēji tāpēc, ka vēl nav iespējams nodrošināt, ka visi šie pulksteņi tiek atzīmēti ar tieši tādu pašu ātrumu.Optiskie atomu pulksteņi ir ārkārtīgi delikātas ierīces, un arī ne visi no tiem ir tas pats tips. Tie var izmantot pilnīgi dažādas atomu sugas - piemēram, alumīnija jonu, stroncija neitrālu vai iterbija jonu, kas ir tikai daži mikroviļņu pulksteņa optiskie analogi.

Bet pat tad, ja optiskie pulksteņi dažādās laboratorijās izmanto tos pašus atomus, pulksteņu precizitāte ir atkarīga no tā, cik labi zinātnieki kontrolē atomu vidi, sacīja Patriks Gils no Lielbritānijas Nacionālās fizikālās laboratorijas. Faktori ietver "fona temperatūru, vai ir magnētiskā un elektriskā lauka troksnis, kā arī precīza gravitācijas ietekme, [jo] pulksteņi dažādos augstumos sniedz atšķirīgus nolasījumus Einšteina vispārējās relativitātes dēļ ".

Lai optiskos atomu pulksteņus izmantotu kā parastu globālo laika grafiku, visu pulksteņu laiks ir jāsakrīt. Pārliecināties, vai pulksteņi sakrīt, ir samērā viegli, ja pulksteņi atrodas blakus viens otram tajā pašā laboratorijā, sacīja Gils, taču grūtāk ir attālināti novietotiem pulksteņiem.

Pašlaik labākais veids, kā panākt optisko pulksteņu saskaņošanu, ir optiskā frekvences vai gaismas releja pārsūtīšana uz attālo pulksteni, nosūtot šo informāciju pa optisko šķiedru, lai salīdzinātu abas frekvences un "redzētu, cik labi viņi vienojas". Džils teica. Viņš piebilda, ka, ja pulksteņi nav vienisprātis, zinātniekiem ir jāizdomā, kas izraisa traucējumus, un pēc tam jāpārbauda šis faktors.

"Tas ir absolūti svarīgi, ja mēs vēlamies pilnībā izmantot optiskā pulksteņa iespējas," sacīja Džils.

Bet šķiedras nav ideāls risinājums attālām un grūti pieejamām vietām.

Vairs nav kabeļu

Tāpēc fiziķi no Nacionālā Standartu un tehnoloģijas institūta (NIST) Amerikas Savienotajās Valstīs nolēma atbrīvoties no kabeļiem. Tā vietā viņi izmantoja lāzeru, lai ģenerētu ultra īsus infrasarkanos impulsus ar ļoti precīzu ātrumu 1 pikosekundē ik pēc 10 nanosekundēm, kur 10 ns atbilst noteiktam optiskā atoma pulksteņa "ērču" skaitam.

NIST komanda raidīja impulsus no vienas vietas uz spoguli 0,66 jūdžu (1 kilometra) attālumā; impulsi atstarojās no spoguļa un tika pārraidīti atpakaļ uz trešo vietu netālu no pirmās - efektīvi parādot, ka ir iespējams paņemt ļoti precīzu atzīmēšanas pulksteni un pārvietot tās ērces vietā, kas atrodas 1,2 jūdžu (2 km) attālumā ", to nesajaucot., "sacīja pētījuma līdzautors Natans Ņūberijs no NIST Kvantu elektronikas un fotonikas nodaļas. "Faktiskā saite ir cilpa."

Lai pārbaudītu savu optiskā atomu pulksteņa ideju, NIST pētnieki gaisā pārsūtīja ultraprecise laika signālus starp laboratoriju NIST pilsētiņā Boulderā, Kolorādos, un netālu esošo Kohler Mesa.

Lai pārbaudītu savu optiskā atomu pulksteņa ideju, NIST pētnieki gaisā pārsūtīja ultraprecise laika signālus starp laboratoriju NIST pilsētiņā Boulderā, Kolorādos, un netālu esošo Kohler Mesa.

Kredīts: Talbott / NIST

Pārbaude tika veikta uz sauszemes, taču, pēc pētnieku cerības, vajadzētu būt iespējai pārsūtīt impulsus, izmantojot satelītus.

Nākotnē optiskos atomu pulksteņus varētu izmantot eksperimentos ar satelītu, lai pierādītu Einšteina vispārējās relativitātes teoriju un izveidotu precīzākas GPS satelītu navigācijas sistēmas, kuras "varētu uzlabot tādā nozīmē, ka jūs varētu ievietot labākus optiskos pulksteņus satelītos un šķērssaitē. tos optiski, "sacīja Ņūberijs. [10 labākie izgudrojumi, kas mainīja pasauli]

"Var būt drošības apsvērums. Pašlaik GPS ir trausla tādā nozīmē, ka jūs varat to iestrēgt. Sistēma ar optisko mugurkaulu ir daudz drošāka, jo jūs to nevarat iestrēgt - optiskās sistēmas ir virziena virziena, tāpēc tām ir daudz grūtāk iestrēgt., "Piebilda Ņūberijs. "Tas ir iemesls, kāpēc optiskos signālus ir grūtāk sūtīt un saņemt, jo jums jānorāda pareizajā vietā."

Atmosfēras nepatikšanas

Atmosfēras turbulence ir viena šķēršļa optiskie pulksteņi, kas jādzēš, jo dažos gadījumos gaisā esošās molekulas var sašķelt optisko signālu un izraisīt laika kļūdu.

"Ciktāl tas attiecas uz precizitāti, mūsu sistēmu neierobežo saites garums, bet, protams, kādā brīdī satricinājums var pārtraukt saiti," sacīja vadošā pētījuma autore Fabrizio Giorgetta, arī no NIST. "Ja ir blīva migla, mēs neko nevaram darīt." Bet vēja vai lietus laikā viņš piebilda, ka tā sauktais maisīšanas spogulis palīdz koriģēt turbulenci.

Džils no Nacionālās fizikālās laboratorijas Lielbritānijā, kurš nebija iesaistīts pētījumā, pētījumu nosauca par "labu sākumpunktu" optisko šķiedru alternatīvai metodei precīzu optisko atomu pulksteņu noteikšanai.Ja optiskā metode darbojas, zvans var iekasēt maksu atomu pulksteņiem uz mikroviļņu bāzes.

Daļēji finansēja DARPA, pētījums tika detalizēti publicēts žurnālā Nature Photonics.

Redaktora piezīme: Šis raksts ir atjaunināts, lai koriģētu frekvences vienības no 9,192,631,770 GHz līdz 9,192,631,770 Hz.

Seko mums @wordssidekick, Facebook. Oriģināls raksts vietnē WordsSideKick.com.


Video Papildinājums: .




Pētniecība


Kā Darbojas Ķīmisko Sensoru Ierīces
Kā Darbojas Ķīmisko Sensoru Ierīces

Kādas Kvalitātes Tērauds Tika Izmantots Pasaules Tirdzniecības Centrā?
Kādas Kvalitātes Tērauds Tika Izmantots Pasaules Tirdzniecības Centrā?

Zinātne Ziņas


1700 Gadus Vecs Nāves Jūras Ritināšanas Teksts “Praktiski Neiesaiņots”, Atklājot Tekstu
1700 Gadus Vecs Nāves Jūras Ritināšanas Teksts “Praktiski Neiesaiņots”, Atklājot Tekstu

Albums: Medūzas Likums!
Albums: Medūzas Likums!

Kā Darbojas Laika Ceļojumi
Kā Darbojas Laika Ceļojumi

10 Svarīgi Veidi, Kā Izvairīties No Vasaras Ērču Kodumiem
10 Svarīgi Veidi, Kā Izvairīties No Vasaras Ērču Kodumiem

Kā Mēs Varam Paātrināt Fotodegradāciju Plastmasā?
Kā Mēs Varam Paātrināt Fotodegradāciju Plastmasā?


LV.WordsSideKick.com
Visas Tiesības Aizsargātas!
Pavairošana Materiālu Atļauts Tikai Prostanovkoy Aktīvu Saiti Uz Vietni LV.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LV.WordsSideKick.com