שעון אטומי חדש התרחב מממד אחד לשלושה, והפך לשומר הזמן המדויק ביותר שקיים - רק שגיאה של 3.5 חלקים ב-10 קווינטיליון (זה 1 ואחריו 19 אפסים) תוך שעתיים.
השעון נבנה על ידישַׂחְקָן, שיתוף פעולה בין אוניברסיטת קולורדו והמכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה, שבנה גם את מחזיק השיא הקודם בעולם לשעון המדויק ביותר ב-2015.
היה לו דיוק של שגיאה של 2 חלקים ב-1 קווינטיליון (18 אפסים), והוא יכול היה לשמור זמן מבלי לאבד או להרוויח שנייה במשך 15 מיליארד שנה -יותר מגיל היקום.
"אנחנו נכנסים לתקופה ממש מרגשת שבה אנחנו יכולים להנדס קוונטי אלמטרת מדידה מסוימת,"אמר הפיזיקאי של NIST Jun Ye.
השעון האטומי של 2015 התבסס על סריג חד מימדי של אטומי סטרונציום, המוחזק במקומו על ידי קרני לייזר.
השעון החדש הרחיב את הסריג הזה לקוביית תלת-ממד זעירה, וארז גז בצפיפות של פי 1,000 מהשעונים האטומיים החד-ממדיים הקודמים.
שעונים אטומיים מחזיקים זמןמבוסס על התנהגות האלקטרוניםסביב האטומים של גז זה כאשר הוא נחשף לקרינה. הם קופצים קדימה ואחורה בין שני מצבי אנרגיה בדיוק עדין.
התדירות של מעבר האלקטרונים הזה היא הבסיס לקביעת הזמן של השעונים האטומיים.
בשעונים אטומיים חד-ממדיים, כל אטום נמדד באופן עצמאי, מכיוון שכאשר הם מקיימים אינטראקציה זה עם זה, זה יכול לגרום לאי דיוקים.
עם זאת, בקובייה, הגז הופך לאוסף גלובלי של אינטראקציה של אטומים הנעים בתבנית כדי להימנע זה מזה, הנקראת "מערכת קוונטית רבת-גוף", הממזערת התנגשויות ומשפרת בצורה ניכרת את הדיוק.
גם הגז עושה את ההבדל. בפעם הראשונה בשעון אטומי, הצוות השתמש במשהו שנקרא גז פרמי, או "גז קוונטי", שלב של חומר המכיל מספר רב של.
בניגוד לגזים התרמיים המשמשים באופן מסורתי בשעונים אטומיים, גז פרמי זה מאפשר לראשונה להגביל את כל תכונות האטומים.
מאפיינים אלה פירושם שניתן יהיה להגדיל את השעון.
"הפוטנציאל החשוב ביותר של שעון הגז הקוונטי התלת-ממדי הוא היכולת להגדיל את מספרי האטומים, מה שיוביל לרווח עצום ביציבות", אמר יה.
"כמו כן, נוכל להגיע למצב האידיאלי של הפעלת השעון עם זמן הקוהרנטיות המלא שלו, המתייחס לכמה זמן סדרת קרציות יכולה להישאר יציבה. היכולת להגדיל גם את מספר האטום וגם את זמן הקוהרנטיות תהפוך את הדור החדש הזה. שעון שונה באופן איכותי מהדור הקודם".
והוא יכול להגיע לאותו דיוק כמו שעונים אטומיים קודמים פי 20 מהר יותר, ולשמור על תקתוקים יציבים למשך 10 שניות עם 10,000 אטומי סטרונציום ארוזים בצפיפות של יותר מ-10 טריליון אטומים לסנטימטר מעוקב.
"זה מייצג שיפור משמעותי לעומת כל הפגנות קודמות", אמר יה.
קביעת זמן מדויקת אינה חשובה רק כדי לוודא שאתה מגיע לרופא בזמן. זה חיוני למדע. שעון אטומי מדויק להפליא מסוגל לעזור גם בשמירה על זמן וגם בניווט למטרות מחקר.
זה גם יכול לעזור להגדיר ולחדד את מדידות הזמן. "מיסיסיפי אחד" עובד למחבואים, אבל הדיוק שמספקים שעונים אטומיים קבע את השניה הסטנדרטית.
ושעונים אטומיים הם כלי מרתק בחיפוש אחר.
כאשר שעונים אטומיים מקיימים אינטראקציה עם חומר אפל, הם יכוליםלהאיץ או להאט- אבל בשברירי שנייה זעירים לחלוטין.שעונים אטומיים מסונכרניםיכול להפוך את הפערים הללו לניתנים לזיהוי באופן ששעונים אחרים אינם יכולים.
"שעון הסטרונציום החדש הזה המשתמש בגז קוונטי הוא הצלחה מוקדמת ומדהימה ביישום המעשי של 'המהפכה הקוונטית החדשה', הנקראת לפעמים 'קוונטי 2.0'."אמר תומס אובריאן, המפקח של Ye.
"גישה זו טומנת בחובה הבטחה עצומה עבור NIST ו-JILA לרתום מתאמים קוונטיים למגוון רחב של מדידות וטכנולוגיות חדשות, הרבה מעבר לתזמון."
המחקר של הצוות פורסם בכתב העתמַדָע.
