Desarrollo del reloj atómico del reactor ‘complejo’

El reloj más preciso del mundo es el reloj atómico. La precisión del reloj atómico de cesio es asombrosa, por lo que cuando configura el reloj al comienzo del universo y ahora mide el tiempo, tiene una precisión de solo 0,5 segundos que marca la diferencia. Un elegante dispositivo llamado reloj atómico utiliza un láser para medir las vibraciones de los átomos que vibran a una frecuencia constante.

Este es un rendimiento sorprendente, pero aún no es exacto, y el reloj atómico es lo suficientemente sensible como para detectar fenómenos como la materia oscura y las ondas gravitacionales si mide las vibraciones de los átomos con mayor precisión. También puede responder preguntas asombrosas como cómo cambia la gravedad con el tiempo y cómo cambia el tiempo con la edad del universo.

El día 16, los físicos del MIT anunciaron la creación de un reloj atómico mejorado en Nature. En lugar de medir la nube atómica en vibración aproximada como lo hace ahora, creó un reloj atómico que mide el tamaño de los átomos atrapados. Los átomos interactúan entre sí de formas que no pueden ser explicadas por la física clásica, lo que permite a los científicos medir las vibraciones de los átomos con mayor precisión.

Según el nuevo sistema, los relojes cuánticos complejos tienen la ventaja de tardar cuatro veces menos tiempo en lograr la misma precisión. Según Edwin Pedroso Penafil, investigador postdoctoral del Instituto de Investigación Electrónica del MIT, “los relojes atómicos con complejidad avanzada pueden ser más precisos que los sofisticados relojes ópticos actuales”.

El reloj atómico ahora es ‘límites cuánticos no estándar’

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El átomo vibra constantemente. Es por eso que los relojes atómicos se han convertido en el estándar para los relojes. Por ejemplo, el átomo de cesio-133 vibra exactamente 9.192.631.770 veces por segundo, y este método se ha definido oficialmente como un segundo desde 1968. En los últimos años, se ha desarrollado el reactor nuclear de iterbio para convertir el cesio. Esto se debe a que es posible una medición de tiempo más precisa para períodos de vibración más cortos. Este estudio utilizó iterbio.

Reloj atómico de cesio de Hewlett Packard | © Wikimedia Commons

Idealmente, el tiempo más preciso se puede obtener monitoreando las vibraciones de un átomo. Sin embargo, las fluctuaciones cuánticas aleatorias confunden la medición. A esto se le llama límite cuántico estándar. Por lo tanto, los relojes cuánticos suelen rastrear gases compuestos por miles de átomos del mismo tipo.

El método para medir las vibraciones de un átomo es el siguiente. Miles de átomos se enfrían hasta casi el cero absoluto y luego se fijan con láser. Mide las vibraciones de otro átomo láser. En los relojes atómicos, se toma la media de muchos átomos para obtener la respuesta más precisa para reducir el límite cuántico constante, pero desafortunadamente, el límite cuántico fijo no se puede eliminar por completo.

El “reloj complejo” alcanza la precisión deseada cuatro veces más rápido

El nuevo reloj atómico del equipo del MIT ha encontrado una manera de reducir los límites cuánticos estáticos mediante un evento llamado problema cuántico. Einstein, ‘¡Acción remota como un fantasma!‘¡Acto aterrador en la distancia!)El problema cuántico, denominado ‘, se refiere al fenómeno en el que cuando una partícula se encuentra en un lugar, otros átomos complejos cambian de posición inmediatamente. Cuando dos partículas se vuelven inseparables, no importa cuán separadas estén las dos partículas, el cambio de posición de una partícula afecta inmediatamente a la otra.

El equipo de investigación del MIT planteó la hipótesis de que si los átomos quedaran atrapados, la desviación de las vibraciones individuales sería menor si no estuvieran atrapados y se fortalecería alrededor de la frecuencia común. Como resultado, la vibración promedio medida por un reloj atómico tiene una precisión que excede los límites cuánticos estándar.

El equipo, incluido Bulletik, atrapó alrededor de 350 átomos de Yterbio en el nuevo reloj atómico. El iterbio vibra a una frecuencia muy alta igual a la luz visible. Es decir, vibra 100.000 veces más por segundo que un cesio nuclear. Si el iterbio se mide con precisión, los científicos pueden diferenciar intervalos de tiempo ajustados utilizando átomos.

El panel utilizó técnicas estándar para enfriar el átomo y sellar el átomo refrigerado en el espacio óptico creado por los dos vasos. Luego, los rayos de luz se envían al espacio óptico para que se reflejen entre los espejos, interactuando con el átomo miles de veces, atrapando los átomos juntos.

Problema del reloj atómico causado por láser ⓒ oficina de noticias del MIT

“Es como un enlace de comunicación entre átomos de luz”, dijo Shu. El primer átomo que ve esta luz modifica ligeramente la luz, y esa luz también modifica el segundo y tercer átomos. A través de muchos ciclos, los átomos se conocen colectivamente, además de funcionar. ”

De esta forma, los investigadores cuantificaron los átomos y luego midieron la frecuencia media utilizando otro láser similar a un reloj atómico convencional. Más tarde, el reloj alcanzó la precisión deseada, que el equipo de investigación realizó un experimento similar sin el problema de los átomos.

“Si mide el tiempo con más frecuencia, siempre puede hacer que el reloj sea más preciso”, dice Bulletic. La pregunta es, ¿cuánto tiempo se tarda en lograr una cierta precisión? “Tienes que medir varias instancias en unidades rápidas”.

“Si el sofisticado reloj atómico actual se adapta para medir átomos cuánticos atrapados, no solo podrá realizar mediciones de tiempo más precisas, sino que también ayudará a comprender las señales cósmicas como la materia oscura y las ondas gravitacionales”. Adicional.

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