Квантово-механический частотный фильтр для атомных часов

Атомы в атомных часах состоят из газа стронция, хранящегося в вакуумной камере. Используя магнитные поля и точные лучи лазерного света (синий свет), атомы охлаждаются почти до абсолютного нуля, минус 273 градусов Цельсия, где это поддерживается.

Электроны расположены на определенных орбитах вокруг ядра, и каждая орбита имеет один энергетический уровень. Теперь, когда атомы стронция мигают лазерным светом (красный свет), электроны получают более высокий уровень энергии и прыгают с одной орбиты на другую, но они немедленно возвращаются обратно на свою нормальную орбиту. Когда вы затем направляете свет на атомы стронция, электроны продолжают прыгать вперед и назад в классическом смысле, и это составляет маятник в атомных часах.

Атомные часы теперь настолько точны, что они теряют только одну секунду каждые 300 миллионов лет, но мы работаем над тем, чтобы сделать их еще более точными, и это имеет большой потенциал, в том числе для навигации и космических оптических технологий для исследования Вселенной. Проблема с тем, чтобы сделать его более точным, заключается в управлении лазерным светом, чтобы свет имел точно такую ​​длину волны, которая ударяет по электронам атомов и заставляет их колебаться очень точно и очень точно.

Решает проблемы с шумом
"Лазерный свет стабилизирован, но он немного колеблется и создает" шум ". Поскольку из-за шума одновременно существует несколько длин волн, мы отправляем свет через зеркало в «резонатор», который представляет собой два зеркала, соединенных вместе так, что он позволяет некоторым волнам проходить, а остальные исчезают. Таким образом, это механизм сортировки, позволяющий более точно определять длины волн лазерного света.

Итак, все должны быть счастливы, но зеркала слегка колеблются — просто потому, что атомы в зеркале вибрируют, и это накладывает некоторые ограничения на стабильность, от которых мы не могли избавиться. Поэтому мы сказали — почему бы нам не попытаться изменить наше мышление и перевернуть все с ног на голову », — объясняет Ян Томсен, доцент и руководитель исследовательской группы« Ультра холодные атомы »в Институте Нильса Бора при Копенгагенском университете.

Так они и сделали — перевернули все с ног на голову. Вместо того, чтобы пытаться еще больше стабилизировать зеркала, они решили полностью игнорировать вибрации. Они решили поставить что-то между лазерным лучом и двумя зеркалами резонатора. Это "что-то" будет действовать как фильтр.

Фильтр состоял из вакуумной камеры с ультрахолодными атомами стронция между двумя зеркалами. Стронций — очень требовательный атом, который должен иметь определенную длину волны, чтобы реагировать со светом. Теперь свет направляется туда и обратно между двумя зеркалами, и хотя два зеркала немного вибрируют из-за температуры в комнате, свету все равно, потому что в первую очередь это холодные атомы, которые сортируют длины волн.

«Метод прост, но эффективен, и в результате лазерный луч становится намного более точным и стабильным, а уровень шума снижается до 100 раз. Поэтому мы разработали метод, который может создавать сверхточный лазерный луч с использованием квантового частотного фильтра », — объясняет Ян Томсен, который указывает, что этот метод может быть использован для того, чтобы сделать атомные часы более точными, чем раньше, и гораздо более простым способом. чем раньше.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *