Atomuhren sind die genauesten bekannten Zeitmesser, von denen die besten 15 Milliarden Jahre lang die Zeit auf eine Sekunde beschränken können.
Eine Gruppe von Forschern des MIT entschied jedoch, dass diese winzige Schwankung über 15 Milliarden Jahre nicht gut genug ist: in a neues Papier veröffentlicht in Natur Sie zeigten eine noch genauere quantenverschränkte Atomuhr.
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Überlegene Zeitmessgenauigkeit der Atomuhren
Atomuhren verwenden Laser, um Schwingungen in Atomen zu messen - und die unglaubliche Zuverlässigkeit dieser Schwingungen macht Atomuhren äußerst genau.
Quantenuhren verfolgen normalerweise ein Gas, das aus Tausenden des gleichen Atomtyps besteht - normalerweise Cäsium . Diese Atome werden fast auf den absoluten Nullpunkt abgekühlt und über einen Laser an Ort und Stelle aufgehängt. Dann wird ein anderer Laser verwendet, um die winzigen Schwingungen der Atome zu messen. Bei der durchschnittlichen Ablesung vieler Atome kann die Atomuhr eine gerade erreichengenauere Ablesung.
Leider ein Effekt, der als Standardquantenlimit bekannt ist - eine Betriebsgrenze aufgrund von zufällige Quantenfluktuationen - kann die Messung der Atomuhr stören.
Wissenschaftler können diesen Effekt reduzieren, aber nicht vollständig Neuer Atlas Berichte . Das Team von Physikern vom MIT hat eine neue Art von Atomuhr entwickelt, die den Effekt der Standardquantengrenze mehr denn je wirksam reduziert.
Die neue Uhr nutzt das Phänomen Quantenverschränkung um es wahrscheinlich zum genauesten Zeitnehmer zu machen, den Menschen jemals entwickelt haben.
Testen der verschränkten Atomuhr
Um ihre Idee zu demonstrieren, haben die Forscher 350 Atome von Ytterbium-171 - das schneller als Cäsium schwingt - in einem optischen Hohlraum zwischen zwei Spiegeln gefangen. Anschließend haben sie einen Laser in den Hohlraum trainiert, um eine Quantenverschränkung zwischen den Atomen zu bewirken.
"Es ist, als ob das Licht als Kommunikationsverbindung zwischen Atomen dient", erklärt Chi Shu, Mitautor der Studie, in a Blogbeitrag auf der MIT-Website veröffentlicht. "Das erste Atom, das dieses Licht sieht, verändert das Licht geringfügig, und dieses Licht verändert auch das zweite Atom und das dritte Atom. Über viele Zyklen hinweg kennen sich die Atome gemeinsam und verhalten sich ähnlich. "
Sobald die Atome verwickelt sind, wird ein zweiter Laser auf sie trainiert, um ihre durchschnittliche Frequenz zu messen. Das Forscherteam entdeckte, wie diese Methode eine bestimmte Präzision erreicht, die viermal schneller ist als die von nicht verschränkten Atomen.
Quantenverschränkung verändert die Art und Weise, wie wir die Zeit selbst messen
Das MIT-Team sagte auch, dass bei einer Anpassung der Atomuhren nach dem Stand der Technik an ihre neue Methode ihre Genauigkeit nur um 100 Millisekunden - über das gesamte Leben des Universums - nicht mehr synchron wäre.
Solche mächtigen Atomuhren öffnen auch Türen für neue Möglichkeiten in der wissenschaftlichen Forschung: "Wenn das Universum altert, tut dies das Lichtgeschwindigkeit Änderung? “, Sagte Vladan Vuletic, Mitautor der Studie, im MIT-Blogbeitrag.„ Ändert sich die Ladung des Elektrons? Das können Sie mit genaueren Atomuhren untersuchen. “
Im Laufe der Jahre werden Fortschritte in der Quantenphysik weiterhin neue und revolutionäre Anwendungen in der modernen Technologie finden - und während wir normalerweise daran denken Computer und hochtheoretische Experimente, die sich am ehesten mit der Zeit ändern, sind verblüfft zu erfahren, wie sich die Art und Weise, wie wir die Zeit selbst messen, zum Besseren ändern kann.