Et nyt strontiumur udviklet af Jun Yes forskningsgruppe ved National Institute of Standards and Technology (NIST) har nu verdensrekorden i præcision og stabilitet for atomure.
Sekundet er defineret ud fra antallet af svingninger i et cæsiumatom. I praksis er cæsiumatomure dog ikke de mest præcise atomure.
Jo højere svingningsfrekvensen er, des lettere er det at opnå en høj præcision, som er bestemt af, hvor tæt svingningsfrekvensen er på den sande resonansfrekvens for oscillationen mellem to energiniveuaer i atomet.
Svingninger i strontium sker ved en frekvens på 430 THz (frekvensen af rødligt lys) – derfor er strontiumure potentielt mere præcise end cæsiumure, hvor frekvensen ‘kun’ er 9,19 GHz.
Et sekund skævt i løbet af Jordens levetid
Nøjagtigheden i det nye ur er bestemt til 6,4 x 10^-18. Dermed vil uret, såfremt det kørte i fem milliarder år – længere end Jordens alder – højst vinde eller tabe et sekund.
Det er omkring 50 pct. bedre end verdens hidtil bedste ur: NIST’s kvantelogik-ur fra 2010, der taber eller vinder et sekund på 3,7 mia. år.
Ud over præcision er stabilitet en anden afgørende parameter for et atomur. Den udtrykker, hvor lang tid et atomur skal køre for at opnå sin bedste ydeevne gennem en midlingsproces.
På dette område er det nye ur næsten lige så stabilt som NIST’s ytterbiumatomur, der blev præsenteret sidste år.
Det nye strontiumatomur og ytterbiumatomuret er så stabile, at de efter få sekunders midling giver bedre resultater end eksempelvis cæsiumatomure efter flere dage eller timer.
Nøglen til den gode ydeevne i det nye atomur er, at nogle få tusinde strontiumatomer holdes på plads af et optisk gitter, der dannes med titan-safir (Ti:Al2O3)-lasere med en bølgelængde på 813 nm.
I en pressemeddelelse fra NIST lover Jun Ye yderligere forbedringer:
‘Vores nuværende resultat er kun en form for mellemregning. Der vil komme flere gennembrud inden for de næste 5-10 år.’
I den videnskabelige artikel lover han i fremtiden stabilitet og præcision bedre end 10^-18.
De ultrapræcise atomure vil kunne bruges inden for kvantesensorer til måling af bl.a. gravitation og temperatur, foruden at de kan anvendes til en lang række eksperimenter inden for den fundementale fysik.
Leave a Reply