Atomuhr ist So präzise, dass es keine Sekunde für 15 Milliarden Jahre verlieren

Eine Atomuhr, die die Zeit durch die teensy Schwingungen von Strontium-Atomen setzt bekommen hat, so präzise und stabil, dass es weder gewinnen noch, eine zweite für die nächsten 15 Milliarden Jahre verlieren.

Die Strontium-Uhr, die etwa dreimal so präzise wie der bisherige Rekordhalter ist, hat jetzt die macht, winzige Verschiebungen in der Zeit von Einsteins Relativitätstheorie vorhergesagt welche Zustände offenbaren, die Zeit schneller in verschiedenen Höhen auf der Erde tickt. Diese Präzision könnte dazu beitragen, dass Wissenschaftler ultradetailed Karten von der Form der Erde zu schaffen.

"Unsere Leistung bedeutet, dass wir die Schwerkraft Verschiebung messen können, wenn Sie die Uhr nur 2 Zentimeter [0,79 Zoll] auf der Erdoberfläche anheben" Co-Autor Jun Ye, Physiker am JILA, ein gemeinsames Institut des National Institute of Standards und Technologie und der University of Colorado, Boulder, sagte in einer Erklärung zu studieren.

Das Team verbesserte sich auch wie die Zecken einander, eine Metrik bezeichnet seine Stabilität um fast 50 Prozent abgestimmt. [5 der genauesten Uhren aller Zeiten]

Wahnsinnigen Präzision

Atomuhren arbeiten in der Regel durch die Schwingungsfrequenz der Atome, wie z. B. Strontium oder Cäsium, Messen, wie die Atome zwischen verschiedenen Energieniveaus zu springen. Jedes Atom schwingt natürlich bei sehr hohen Frequenzen Milliarden oder Billionen Mal pro Sekunde. Zählen diese regelmäßigen Beats bietet eine hochpräzise Messung der Zeit. Derzeit definiert eine Cäsium-Uhr am NIST die zweite, wo 1 Sekunde 9.192.631.770 Schwingungen des Cäsium-Atoms ist.

In der neuen Uhr sind Tausende von Strontium-Atomen bei extrem kalten Temperaturen im Wesentlichen in einer schmalen Spalte durch intensives Laserlicht angeheftet. Um Zeit zu messen, schlägt die Uhr diese Atome mit genau der richtigen Frequenz der rote Laserlicht, um die Atome Energieniveaus zu springen. Die vorherige Version der Uhr verwendet eine ähnliche Technik.

Bei dieser Gelegenheit verbessert die Forscher das Design durch den Wegfall der Messfehler im Zusammenhang mit einer externen Quelle der elektromagnetischen Strahlung bekannt als schwarzer Körper Strahlung, die durch undurchsichtige Objekte bei konstanten Temperaturen gehalten abgegeben wird. Das Team platziert Strahlungsabschirmungen rund um das Gerät, sowie Platin-Thermometer im Inneren der Uhr Vakuumröhre besser Rechnung für die zusätzliche Wärme. Die Forscher verbessert auch ihre Berechnungen von wie viel Strahlung erzeugt würde.

Die neue Uhr einsetzbar auch bei Raumtemperatur, im Gegensatz zu der kryogenen Temperaturen, die in früheren Versionen verwendet.

"Dies ist tatsächlich eine der Stärken unseres Ansatzes, dass wir die Uhr in einer einfachen und normalen Konfiguration betreiben unter Beibehaltung der schwarzer Körper Strahlung Verschiebung Unsicherheit auf ein Minimum." Ihr sagte. (Schwarzkörperstrahlung beeinflussen das Atom-Energie-Ebene, die dann die Tickrate betrifft.)

Der neue Rekordhalter verlieren keine Sekunde über das aktuelle Alter des Universums. Aber Strontium Atome schlagen bei 430 Billionen Mal pro Sekunde, also theoretisch, zumindest gibt es Raum für weitere Verbesserungen.

Relativistische Messungen

Die neue Uhr ist so präzise, dass sie in Aktion mit unglaublich kleinen Maßstäben Relativität erkennen kann. Ein Konzept, bekannt als gravitative Zeitdilatation, die Zeit vergeht schneller in schwachen Gravitationsfeldern, also je höher die Höhe auf der Erde, desto geringer die Schwerkraft ist es – und die schnellere die Zeit vergeht. Die aktuelle Uhr ist so empfindlich, dass es diese Effekte mit Höhenunterschieden, die so wenig wie, verursacht, indem man ein kleines Buch unter der Uhr erkennen könnte.

Wenn die Uhr weiter verbessern kann, würde das genauere Messungen der Form der Erde ermöglichen. Derzeit Instrumente wie Gezeiten Messgeräte und Gravimeters diese Aufgabe auszuführen.

Die Ergebnisse wurden veröffentlicht in der Zeitschrift Nature Communications (21. April) heute.

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