Az atomórák jelentőségét a hétköznapokban kevésbé ismeri az ember, pedig nélkülük a GPS, az online tranzakciók, vagy épp az adathálózatok sem működnének. A Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT) fizikusai most az atomórák fejlesztése terén értek el mérföldkövet, sikerült ugyanis megduplázni a pontosságukat. A tudósoknak a munkájuk során sikerült leküzdeniük a kvantumzajt, ami alapvetően zavarja az atomok oszcillációjának mérését.
Az áttörésnek köszönhetően a korábbinál kisebb, hordozható órák jöhetnek létre, amelyek képesek a sötét anyag detektálására, földrengések előrejelzésére és a fizika törvényeinek vizsgálatára – írja az Interesting Engineering. Az ezzel kapcsolatos publikáció a Nature-ben jelent meg.
Az atomórák az atomok állandó rezgéseit használják az idő mérésére. A hagyományos modellek a céziumatomokra épülnek, amelyek másodpercenként több mint 10 milliárdszor rezegnek. A legújabb optikai atomórák gyorsabb atomokat, például itterbiumot használnak, amelyek másodpercenként akár 100 billiószor teszik rezegnek, stabilitásukat azonban korlátozza a kvantumzaj, amely elrejti az atomok természetes ritmusát.
Az MIT csapata most arra jutott, hogy egy korábban lényegtelennek tartott lézerhatás valójában javíthatja a stabilitást. A módszer segítségével lehetővé vált, hogy az óra kétszer több rezgést érzékeljen, mint korábban.
A munka az MIT-n éveken át folytatott kvantumos időmérési kutatásra épül. 2020-ban Vladan Vuletić fizikus és csapata kimutatta, hogy az atomok összefonódása, ami összehangolt viselkedést eredményez, a zaj újraelosztásával javíthatja a pontosságot. Munkájuk során lehűtöttek és tükrök közé zártak több száz itterbium atomot, majd lézerrel összefonták őket, és élesítették a kollektív „ketyegésüket”.
2022-ben a kutatók kifejlesztettek egy időfordítás néven emlegetett technikát, amely során az összefonódott atomokat rövid időre szétválasztották, hogy felerősítsék a lézer és az atomok ketyegési sebessége közötti jelkülönbséget. Ez azonban csak a lassabb, mikrohullámú órákra összpontosított, mivel nem tudták, hogy az olyan gyorsan rezgő atomok, mint az itterbium, miként lehetne ezt használni.
A kutatóknak most sikerült átültetniük a megoldást a gyorsabb atomórákra. Kiderült, hogy amikor egy lézer kölcsönhatásba lép az összefonódott atomokkal, egy finom nyomot hagy maga után, amelyet „globális fázisnak” neveznek, és amely információt hordoz a lézer frekvenciájáról. Ez vezetett végül oda, hogy az órák kétszer pontosabbá váltak.
A kutatás eredményeként a jövőben már a csúcskategóriás laboratóriumokon kívül is lehetnek ilyen optikai atomórák, amit a földrengések előrejelzésétől kezdve a sötét anyag detektálásáig számos területen lehet majd alkalmazni.
Ha máskor is tudni szeretne hasonló dolgokról, lájkolja a HVG Tech rovatának tudományos felfedezésekről is hírt adó Facebook-oldalát.
