Высокозаряженные ионы являются достаточно распространенной формой материи в космосе, к примеру, они в больших количествах встречаются в недрах звезд и в поясах материи, окружающих черные дыры. Свое название эти ионы получили из-за того, что они потеряли все или большинство электронов, благодаря чему они являются носителем сильного положительного электрического заряда. Это, в свою очередь, обуславливает то, что оставшиеся электроны, если они присутствуют, имеют более сильную связь с ядром, чем электроны нейтральных атомов или слабозаряженных ионов.

Благодаря сильной взаимосвязи электронов с ядром высокозаряженные ионы менее подвержены влиянию внешних электромагнитных полей. С другой стороны, они приобретают некоторые уникальные свойства, которые можно использовать в качестве высокочувствительных датчиков, измеряющих эффекты Специальной Теории Относительности, квантовой электродинамики, сил сильных и слабых ядерных взаимодействий.

"Поэтому мы ожидали, что оптические атомные часы с высокозаряженными ионами обеспечат более точный отсчет промежутков времени, что позволит выполнить проверку некоторых фундаментальных теорий" - пишут исследователи.

Однако, для того, чтобы можно было использовать высокозаряженные ионы в атомных часах, их требуется охладить до сверхнизкой температуры. И тут возникает проблема, их можно получить, создавая сверхвысокотемпературную плазму. Ученые решили эту проблему путем изоляции из плазмы отдельного высокозаряженного иона аргона и помещения его в ионную ловушку рядом с обычным ионом бериллия.

Наличие второго иона позволяет при его помощи реализовать процедуру косвенного охлаждения высокозаряженного иона. Используя специальный квантовый алгоритм, высокозаряженный ион был охлажден практически до базового квантово-механического состояния, которое соответствует температуре в 200 миллионных долей Кельвина выше точки абсолютного нуля.

Затем исследователи сделали следующий шаг, они создали оптическую решетку, узлами которой являлись тринадцатикратно положительно заряженные ионы аргона, и подключили это к устройству считывания частоты колебаний этих ионов. Затем они сравнили точность получившихся атомных часов с точностью существующих часов на базе ионов иттербия и нейтральных атомов стронция.

Погрешность измерения времени новыми часами составила 2*10^-17, что вполне сопоставимо с точностью имеющихся оптических атомных часов. "Но мы планируем в будущем сократить эту погрешность путем некоторых технических усовершенствований" - пишут исследователи, - "И если это все пройдет удачно, то мы получим оптические атомные часы следующего поколения".

"Сейчас мы предполагаем, что высокозаряженные ионы некоторых химических элементов будут особенно чувствительны к изменениям тонкой структуры пространства-времени, вызванным влиянием частиц темной материи" - пишут исследователи, - "И атомные часы с такими ионами могут стать прекрасным детектором. Более того, эти же самые часы смогут стать детектором явлений, выходящих за рамки Стандартной Модели, которые нельзя обнаружить никаким другим способом".



Ключевые слова:
Ион, Электрон, Заряд, Атомные, Оптические, Часы, Точность

Первоисточник

Другие новости по теме:

Ученые установили новый рекорд, запутав 219 ионов, пойманных в квантовой ловушке

Сверхбыстрые ионы - путь к созданию скоростных квантовых компьютеров.

Новый чип может стать основой первого реального квантового компьютера

Немецкие ученые создали самые точные оптические атомные часы на основе единственного иона иттербия

Новый тип "ядерных" часов будет в 100 раз точнее, чем нынешние атомные часы.

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.