dimecres, 6 de juny de 2018

Un àtom que té propietats superiors per als rellotges atòmics

Igual que els rellotgers que trien bons materials per construir un bon rellotge, els físics del Centre per a les Tecnologies Quàntiques (CQT) de la Universitat Nacional de Singapur han identificat un àtom que podria permetre construir millors rellotges atòmics.

Un àtom que té propietats superiors per als rellotges atòmics

El rendiment final d'un rellotge es redueix a les propietats de l'àtom; de com és d'insensible l'àtom al seu entorn. Es tracta del lutetium. El lutetium té menys sensibilitat a la temperatura que els àtoms utilitzats als rellotges atòmics d'avui en dia. Aquestes mesures s'incorporen als resultats anteriors que demostren que podria ser la base d'un rellotge d'alt rendiment.
Els rellotges atòmics han establert l'estàndard mundial per mesurar el temps durant més de mig segle. Però des del segon rellotge atòmic, que es va definir amb referència als àtoms de Cesi als anys 60, hi ha hagut una competència mundial per millorar la precisió i l'estabilitat dels rellotges atòmics. Els senyals de temps dels rellotges de Cesi segueixen donant suport al Sistema de Posicionament Global i ajuden a sincronitzar les xarxes de transport i comunicació, però els àtoms de moltes altres espècies, com l'iterbium, l'alumini i l'estronci, ara compten amb una mesura més precisa del temps.

Un àtom que té propietats superiors per als rellotges atòmics

Aquests rellotges de pròxima generació, de prop d'una d'una part de mil milions de milions de dòlars, estan demostrant la seva eficàcia en la física fonamental, a partir de mesures de gravetat a la recerca de derives en constants fonamentals. La marca d'un rellotge atòmic no prové directament de l'àtom, sinó de l'oscil·lació d'una ona de llum. La freqüència d'oscil·lació es fixa bloquejant-la a la freqüència de ressonància de l'àtom. A la pràctica, això significa que un làser està sintonitzat per fer que un dels salts d'electrons de l'àtom passi d'un baix nivell d'energia a un nivell d'energia més alt. La quantitat d'energia que té aquest salt és una propietat fixa de l'àtom. La freqüència del làser coincideix amb la quantitat adequada d'energia en una única partícula llum (un fotó). Una vegada que es troba aquesta posició, el rellotge compta amb el temps mesurant les oscil·lacions de l'ona de llum.

Un àtom que té propietats superiors per als rellotges atòmics

Els rellotges de Cesi s'executen a la freqüència de microones, o exactament 9.192.631.770 taques per segon. La generació més recent de rellotges atòmics s'executa a freqüències òptiques, que marquen uns 10.000 vegades més ràpid. Comptar el temps en increments menors permet una mesura més precisa.
El lutetium també s'executarà a freqüències òptiques, però hi ha més coses per fer bons rellotges que un tic-tac ràpid: aquestes taques també han de ser estables al llarg del temps. Aquí és on el lutetium pot destacar.
Una font d'inexactitud en la freqüència del rellotge és la sensibilitat a la temperatura de l'entorn que envolta l'àtom. Els investigadors acaben de mesurar la força d'aquest "canvi de radiació del cos negre" per a les transicions de rellotge de lutetium. L'esforç de sis mesos que implica un làser d'alta potència com el que s'utilitza per al tall industrial, va donar un resultat al canvi de radiació del cos negre per una transició de nivell d'energia més propera a zero que per qualsevol rellotge atòmic òptic establert.

Un àtom que té propietats superiors per als rellotges atòmics

S'ha demostrat definitivament que el lutetium és el menys sensible a la temperatura de tots els rellotges atòmics establerts. Això no només farà un rellotge basat en el laboratori més precís, sinó que també farà que els rellotges que surtin dels laboratoris siguin més pràctics, cosa que els permetrà operar en un ampli ventall d'entorns.
En documents anteriors, l'equip havia informat d'altres propietats rellevants de lutetium per a la construcció de rellotges, trobant que poden competir amb els millors àtoms de rellotge d'avui.
Els membres de l'equip no tenen coneixement de cap altre grup que treballi amb lutetium. Una de les raons per les quals el lutetium no es contemplava és que requeria una nova tècnica.

Font: Universitat Nacional de Singapur

Cap comentari:

Publica un comentari a l'entrada

Aquest és un blog amb moderador dels comentaris. Per tant, no apareixen immediatament