Los expertos en relojes atómicos del Physikalisch-Technische Bundesanstalt PTB son el primer grupo de investigación en el mundo que ha construido un reloj óptico de iones únicos que alcanza una precisión que solo se había predicho teóricamente hasta ahora. Desde 1981, HansDehmelt, a quien se le otorgaría un premio Nobel más tarde, ya había desarrollado las nociones básicas de cómo usar un ion guardado en una trampa de alta frecuencia para construir un reloj que pudiera alcanzar la medición relativa, entonces increíblemente baja.incertidumbre en el rango de 1E-18. Desde entonces, un número creciente de grupos de investigación en todo el mundo han estado tratando de lograr esto con relojes atómicos ópticos ya sea basados en iones atrapados individuales o en muchos átomos neutros. Los científicos de PTB son los primeros enhan llegado a la meta con un reloj de iones simples. Su reloj de iterbio óptico logró una relativa incertidumbre de medición sistemática de 3 E-18.
Los resultados han sido publicados en la edición actual de la revista científica Cartas de revisión física .
La definición y realización de la unidad de tiempo del SI, la segunda, se basa actualmente en relojes atómicos de cesio. Su "péndulo" consiste en átomos que son excitados en resonancia por radiación de microondas 1E10 Hz. Se considera cierto queUna redefinición futura del segundo SI se basará en un reloj atómico óptico. Estos tienen una frecuencia de excitación considerablemente más alta 1E14 a 1E15 Hz, lo que los hace mucho más estables y más precisos que los relojes de cesio.
La precisión ahora alcanzada con el reloj de iterbio es aproximadamente cien veces mejor que la de los mejores relojes de cesio. Para desarrollar su reloj, los investigadores de PTB explotaron propiedades físicas particulares de Yb +. Este ion tiene dos transiciones de referencia que pueden usarsepara un reloj óptico. Una de estas transiciones se basa en la excitación en el llamado "estado F" que, debido a su vida útil extremadamente larga aproximadamente 6 años, proporciona una resonancia excepcionalmente estrecha.La estructura electrónica particular del estado F, los cambios de la frecuencia de resonancia causados por los campos eléctricos y magnéticos son excepcionalmente pequeños. La otra transición de referencia en el estado D3 / 2 exhibe cambios de frecuencia más altos y, por lo tanto, se utiliza como un "sensor" sensiblepara optimizar y controlar las condiciones de operación. Otra ventaja es que las longitudes de onda de los láseres requeridas para preparar y excitar a Yb + están en un rango en el que el semiconductor es confiable y asequible.se pueden usar láseres ductor.
El factor decisivo para el último salto de precisión fue la combinación de dos medidas: en primer lugar, se concibió un procedimiento especial para la excitación de la transición de referencia. Con este procedimiento, el "cambio de luz" de la frecuencia de resonancia causada por la excitaciónel láser se mide por separado. Esta información se utiliza para inmunizar la excitación de la transición de referencia contra el cambio de luz y su posible variación. En segundo lugar, el cambio de frecuencia causado por la radiación infrarroja térmica del entorno que es relativamente pequeño para el estado Fde Yb + de todos modos se determinó con una incertidumbre de medición de solo el 3%. Para este propósito, el cambio de frecuencia causado por la luz láser y su distribución de intensidad en la ubicación del ion se midieron en cuatro longitudes de onda diferentes en el rango infrarrojo.
Otra propiedad particular del estado F de Yb + es la fuerte dependencia de la energía del estado del valor de la constante de estructura fina la constante fundamental elemental de interacción electromagnética y de los efectos de anisotropía en la interacción entre electrones yciertas formas potenciales de la llamada materia oscura que juega un papel importante en el modelo cosmológico estándar actual. Las comparaciones entre los relojes Yb + y otros relojes ópticos de alta precisión son actualmente la forma más prometedora de verificar las teorías de esta área de la "nueva física".en el laboratorio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Physikalisch-Technische Bundesanstalt PTB . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :