Rebecca Jacobson, Milli Standartlar və Texnologiya İnstitutu

Stefani Baum tərəfindən redaktə edilmişdir , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriNIST fiziki David Hume alüminium ion saatı üçün yeni dəyişdirilmiş ion tələsini saxlayır. Tələni dəyişdirərək, alüminium ionu və onun maqnezium ionu partnyoru narahat olmadan “gənə” edə bildi. Kredit: R. Jacobson/NIST

Dünyanın ən dəqiq saatı üzrə yeni rekordçu var. Milli Standartlar və Texnologiya İnstitutunun (NIST) tədqiqatçıları tutmuş alüminium ionu əsasında atom saatlarını təkmilləşdiriblər. Optik atom saatlarının ən son dalğasının bir hissəsi olan o, 19 onluq dəqiqliklə vaxt hesablamalarını həyata keçirə bilir.

Optik saatlar adətən iki səviyyədə qiymətləndirilir – dəqiqlik (saat ideal “həqiqi” vaxtı ölçməyə nə qədər yaxındır, sistematik qeyri-müəyyənlik kimi də tanınır) və sabitlik (statistik qeyri-müəyyənliklə bağlı saatın vaxtı nə qədər səmərəli ölçə biləcəyi). Dəqiqlik baxımından bu yeni rekord alüminium ion saatının 20 illik davamlı təkmilləşdirilməsi nəticəsində əldə edilir.

Dünyanın ən yaxşı dəqiqliyindən əlavə, əvvəlki rekorddan 41% daha böyük olan bu yeni saat həm də digər ion saatlarından 2,6 dəfə daha sabitdir. Bu səviyyələrə çatmaq lazerdən tutmuş tələyə və vakuum kamerasına qədər saatın hər tərəfini diqqətlə təkmilləşdirmək demək idi .

Komanda öz nəticələrini Physical Review Letters jurnalında dərc edib .

NIST tədqiqatçısı və kağızın ilk müəllifi Mason Marshall, “İndiyə qədərki ən dəqiq saat üzərində işləmək həyəcanvericidir” dedi. “NIST-də biz fizika sahəsinə və ətrafımızdakı dünya haqqında anlayışımıza təkan verə biləcək dəqiq ölçmədə bu uzunmüddətli planları həyata keçirəcəyik.”

Alüminium ionu son dərəcə sabit, yüksək tezlikli “tikləmə” dərəcəsi ilə olduqca yaxşı saat yaradır. Alüminium ion saatı layihəsinə rəhbərlik edən NIST fiziki David Hume, onun gənələri seziumdan daha sabitdir və bu, ikincinin indiki elmi tərifini verir. Və alüminium ionu temperatur və maqnit sahələri kimi bəzi ətraf mühit şəraitinə o qədər də həssas deyil.

Lakin alüminium ionu bir növ utancaqdır, Marshall izah etdi. Alüminiumun lazerlə yoxlanılması və soyudulması çətindir, hər ikisi atom saatları üçün lazım olan texnikadır. Tədqiqat qrupu buna görə alüminium ionunu maqneziumla cütləşdirdi. Maqnezium alüminiumun gözəl tıqqıltı xüsusiyyətlərinə malik deyil, lakin lazerlə asanlıqla idarə oluna bilər.

“İonlar üçün bu “dost sistemi” kvant məntiqi spektroskopiyası adlanır” dedi layihə üzrə magistr tələbəsi Willa Arthur-Dworschack. Maqnezium ionu alüminium ionunu soyutaraq onu yavaşlatır. O, həmçinin alüminium partnyoru ilə tandemdə hərəkət edir və saatın vəziyyəti maqnezium ionunun hərəkəti vasitəsilə oxuna bilər və bu, “kvant məntiqi” saatına çevrilir.

Layihənin aspirantı Daniel Rodriguez Castillo, hətta bu koordinasiya ilə belə, xarakterizə etmək üçün hələ də bir sıra fiziki təsirlər var idi.

“Bu, böyük, mürəkkəb bir problemdir, çünki saatın dizaynının hər bir hissəsi saata təsir edir” dedi Rodriguez Castillo.

Çətinliklərdən biri ionların saxlandığı tələnin dizaynı idi ki, bu da ionların xırda hərəkətlərinə səbəb olur və bu, həddindən artıq mikrohərəkət adlanır və saatın dəqiqliyini aşağı salır. Həddindən artıq mikrohərəkət ionların gənə sürətini aşağı salır. Tələnin əks tərəflərindəki elektrik balanssızlıqları ionları pozan əlavə sahələr yaradırdı. Komanda elektrik sahəsinin balanssızlığını düzəltmək üçün onu daha qalın almaz vaflinin üzərinə qoyaraq və elektrodlardakı qızıl örtükləri dəyişdirərək tələni yenidən dizayn etdi.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

Müqaviməti azaltmaq üçün qızıl örtükləri də qalınlaşdırdılar. Tələni bu şəkildə təmizləmək ionların hərəkətini yavaşlatdı və onları narahat etmədən “gənə” buraxdı.

Tələnin işləməli olduğu vakuum sistemi də problemlər yaradırdı. Marşal bildirib ki, hidrogen tipik bir vakuum kamerasının polad gövdəsindən yayılır. Hidrogen qazının izləri ionlarla toqquşub, saatın işini dayandırıb. Bu, ionların yenidən yüklənməsi lazım olana qədər təcrübənin nə qədər davam edə biləcəyini məhdudlaşdırdı. Komanda vakuum kamerasını yenidən dizayn etdi və onu titandan yenidən qurdu, bu da fon hidrogen qazını 150 dəfə aşağı saldı. Bu o demək idi ki, onlar hər 30 dəqiqədən bir yenidən yükləmək əvəzinə, tələni yenidən yükləmədən günlərlə gedə bilərlər.

Onlara lazım olan daha bir inqrediyent var idi: ionları araşdırmaq və onların gənələrini saymaq üçün daha stabil lazer. Saatın 2019-cu il versiyası lazerin yaratdığı kvant dalğalanmalarını – ionların enerji vəziyyətindəki müvəqqəti təsadüfi dəyişiklikləri orta hesabla hesablamaq üçün həftələrlə işlədilməli idi. Bu vaxtı azaltmaq üçün komanda JILA-da (NIST və Kolorado Boulder Universitetinin birgə institutu) laboratoriyası dünyanın ən sabit lazerlərindən birinə sahib olan NIST-in öz Jun Ye-yə müraciət etdi. Ye-nin stronsium qəfəsli saatı, Stronsium 1, dəqiqliyə görə əvvəlki rekorda sahib idi.

Bu komanda işi idi. Küçənin altındakı lif bağlantılarından istifadə edərək, JILA-dakı Ye qrupu ultrastabil lazer şüasını NIST-dəki Tara Fortier laboratoriyasındakı tezlik tarağına 3,6 kilometr (2 mildən bir qədər çox) göndərdi. “İşıq üçün hökmdar” rolunu oynayan tezlik tarağı alüminium ion saat qrupuna öz lazerini Ye-nin ultrasabiti ilə müqayisə etməyə imkan verdi. Bu proses Ye laboratoriyasının lazerinə sabitliyini alüminium saat lazerinə ötürməyə imkan verdi.

Bu təkmilləşdirmə ilə tədqiqatçılar əvvəlki 150 millisaniyəlik rekordları ilə müqayisədə ionları tam saniyə ərzində yoxlaya bildilər. Bu, saatın sabitliyini yaxşılaşdırır, 19-cu onluq yerə qədər ölçmək üçün tələb olunan vaxtı üç həftədən bir gün yarıma qədər azaldır.

Bu yeni rekordla alüminium ion saatı yeni elmi və texnoloji nailiyyətləri asanlaşdıraraq, əvvəlkindən daha yüksək dəqiqlik səviyyəsini yenidən müəyyənləşdirmək üçün beynəlxalq səylərə töhfə verir. Təkmilləşdirmələr, həmçinin kvant fizikasında yeni konsepsiyaları tədqiq edən və kvant texnologiyası üçün lazım olan alətləri quraraq, kvant məntiqinin sınaq meydançası kimi istifadəsini kəskin şəkildə yaxşılaşdırır ki, bu da iştirak edənlər üçün maraqlı bir perspektivdir.

Daha da əhəmiyyətlisi, orta hesabla müddəti həftələrdən günlərə endirməklə, bu saat Yerin geodeziyasının yeni ölçülərini aparmaq və Standart Modeldən kənarda fizikanı araşdırmaq üçün bir vasitə ola bilər, məsələn, təbiətin əsas sabitlərinin sabit dəyərlər deyil, əslində dəyişən olması ehtimalı.

“Bu platforma ilə biz yeni saat arxitekturalarını kəşf etməyə hazırıq, məsələn, saat ionlarının sayını artırmaq və hətta onları qarışdırmaq – ölçmə imkanlarımızı daha da təkmilləşdirmək” dedi Artur-Dvorşak.

Daha çox məlumat: Mason C. Marshall et al, 5.5×10−19 Sistematik Qeyri-müəyyənliklə Yüksək Stabillikli Tək İon Saatı, Fiziki İcmal Məktubları (2025). DOI: 10.1103/hb3c-dk28

Jurnal məlumatı: Fiziki baxış məktubları 

Milli Standartlar və Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilmişdir