Neue Atomuhren könnten fundamentale Physik Rätsel lösen.

Atomuhren werden sich voraussichtlich werden noch genauer als sie es derzeit sind.

Eine neue Technik kann sicherstellen, dass die "tickt" einzelner Atome – welches ist die Grundlage von Atomuhren – ist sehr konstant, mit dem Intervall zwischen den Ticks, die je nach weniger als zwei Teile in 1 Trillion (1 gefolgt von 18 Nullen). Das führt zu Atomuhren, die etwa 10-Mal stabiler als die zuvor beschriebenen Uhren sind.

Der neue Durchbruch, heute beschrieben (Aug. 22) in der Zeitschrift Science, kann nicht helfen, Menschen ihre 09:00-Treffen machen, aber es könnte ebnen den Weg für Atomuhren so präzise, dass Physiker könnte von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie zu testen oder die Geheimnisse der Fundamentalkonstanten erforschen. [Die 9 größten ungelösten Rätsel der Physik]

Atomuhren

Der aktuelle Standard der US-Zeit wird vom Cäsium Uhren, festgelegt in der Cäsium-Atomen mit Mikrowellen gepulst werden. Die Mikrowellen verursachen das Cäsium Atome äußeren Elektronen auf ein höheres Energieniveau zu springen, und die resultierende Schwingung Rate setzt die Uhr Tickrate.

Aber neuere Atomuhren haben das Potenzial, noch genauer werden. Anstelle von Mikrowellen, diese Uhren Trap Trauben der Atome in stehende Wellen eine leistungsfähige Laser und begeistern diese Atome mit einem zweiten Laser. Der Laser kann die Atome zu vibrieren oder "Tick", mit einer höheren Frequenz als die alte Mikrowelle Methode könnte.

"Je höher die tickende ist, desto mehr können fein Sie Zeit, aufteilen", sagte Co-Studienautor Andrew Ludlow, Physiker am National Institute of Standards and Technology in Boulder, Colorado

Quantenmechanik verbietet Wissenschaftlern aus zu wissen, was jeder bestimmten Atom tut, genau, aber Forscher der Energie springt von Tausenden von Atomen, eine unglaublich präzise Maßnahme zu berechnen Durchschnitt, Ludlow hinzugefügt.

Ultrastable Uhr

In der aktuellen Studie gekühlt Ludlow und seine Kollegen 10.000 Ytterbium Atome zu 10 Microkelvin, nur eine Haaresbreite vom absoluten Nullpunkt. Als nächstes gefangen sie die Atome in winzige Vertiefungen, die durch den Laser stehende Welle gebildet. Ein zweiter Laser, der 518 Billionen Mal pro Sekunde schwingt, begeistert die Atome.

Das Team erreichte unglaublich stabile Zecken durch die Entwicklung von Lasern, die sehr wenig Lärm oder Instabilität in die Welle zu produzieren. Zur gleichen Zeit sie berücksichtigt oder beseitigt viele Faktoren, die Atome herum drängeln und zu größeren Unberechenbarkeit in ihrem Verhalten geführt hätte.

Prüfung der Grundlagen der Physik

Wenn die neue Technologie in einer Atomuhr integriert werden kann, könnte es unglaublich präzise Messungen der Zeit bieten. Das könnte wiederum Aufschluss über einige der geheimnisvollsten Probleme in der Physik.

Einsteins Relativitätstheorie, die erklärt, wie die Schwerkraft Raumzeit verzerrt, ist unvereinbar mit der Quantenmechanik, der amtierende Modell, das das Verhalten von den winzigen Teilchen erklärt, die Materie bilden. Da schwere Zeit verlangsamt, Atomuhren wird tatsächlich tick langsamer in einem Gravitationsfeld – ein Phänomen bekannt als Gravitative Rotverschiebung. Aber einige Theorien sagen voraus, dass die Schwerkraft rote Verschiebung bricht zusammen, und millimetergenaue Uhren können testen, ob das von selbst die kleinste Menge passiert.

Andere Physiker haben vorgeschlagen, dass die Naturkonstanten wie der Quotient aus Elektron-Proton Masse oder die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, möglicherweise nicht so konstant schließlich. Unglaublich präzise Atomuhren konnte beginnen, um diese Aussage zu testen.

"Diese Uhren schwach empfindlich auf den Wert dieser Konstanten, so Sie versuchen können, zu prüfen, ob die zugrunde liegenden atomaren konstanten ändern", sagte Ludlow LiveScience.

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