Este parțial ceas, parțial scară: un ceas atomic nou dezvoltat măsoară timpul pe baza masei unui singur atom. Cercetarea, publicată online pe 10 ianuarie în Ştiinţăeste controversată, dar ar putea oferi oamenilor de știință metode mai precise de măsurare atât a timpului, cât și a masei.
„Acesta este primul ceas bazat pe o singură particulă”, spune Holger Müller, fizician la Universitatea din California, Berkeley. „Rata sa de ticăitură este determinată doar de masa particulei.”
Ideea pentru ceas a pornit de la principiul cuantic conform căruia particulele se comportă și ca unde și invers. În special, Müller și colegii săi au dorit să determine cât de frecvent oscilează forma de undă a unui singur atom, o cantitate care în mecanica cuantică este legată în mod inerent de masa atomului. Apoi, cercetătorii ar putea folosi acele oscilații ca balansările unui pendul pentru a crea un ceas.
Problema în planul lui Müller a fost că este imposibil să se măsoare direct frecvența de oscilație a undelor de materie. Frecvența acestor unde este de aproximativ 1025 hertzi, cu 10 ordine de mărime mai mare decât cea a undelor de lumină vizibilă. Așa că Müller și colegii săi au inventat un aparat care creează două seturi de unde – unul bazat pe un atom de cesiu în repaus și altul pe atomul în mișcare. Cercetătorii au măsurat diferența de frecvență dintre unde și apoi au folosit acel număr, aproximativ 100.000 de herți gestionabil, pentru a calcula frecvența de oscilație mult mai mare a cesiului în repaus.
Titluri Știri științifice, în căsuța dvs. de e-mail
Titluri și rezumate ale celor mai recente articole Știri științifice, livrate în căsuța dvs. de e-mail în fiecare joi.
multumim pentru inregistrare!
A apărut o problemă la înregistrarea dvs.
Cu această abordare, Müller a reușit să folosească frecvența de undă a atomului de cesiu pentru a crea un ceas care să câștige sau să piardă o secundă după opt ani. Este mai bun decât un ceas de mână, dar cu aproximativ o sută de milioneime mai precis decât cele mai bune ceasuri atomice de astăzi, care numără frecvența emisiilor de lumină de la un atom pe măsură ce electronii săi eliberează mici explozii de energie.
Fizicienii care nu sunt implicați în cercetările lui Müller sunt impresionați de tehnica sa inteligentă, dar sunt sceptici cu privire la potențialul acesteia de cronometrare precisă. „Cred că lucrarea este ușor supravândută”, spune Vladan VuletiÄ, fizician cuantic la MIT.
Alți cercetători au o obiecție mai conceptuală: deoarece nu există nimic la această frecvență care să oscileze efectiv în interiorul atomului, ei spun că nu este deloc un ceas. „Poate fi un ceas numeric, dar nu este un ceas fizic”, spune Christian Bordé, fizician la Observatorul din Paris. Müller spune că simplitatea ceasului este cea mai mare trăsătură a sa: el măsoară o proprietate cuantică intrinsecă a unui atom, una care depinde doar de masa atomului.
De fapt, această relație între frecvență și masă înseamnă că tehnica lui Müller se poate dovedi cea mai utilă ca o scară pentru măsurarea masei. Oamenii de știință definesc kilogramul, unitatea de bază de masă, cu un bulgăre de metal depozitat într-o boltă franceză – un bulgăre care, probabil, câștigă greutate din cauza contaminării (SN: 20.11.10, str. 12). Conferința Generală Internațională pentru Greutăți și Măsuri, condusă de Bordé, vrea să înlocuiască acest artefact cu un standard de kilograme bazat pe constante fizice fundamentale.
Müller spune că poate face exact asta măsurând frecvența undelor de materie pentru a determina cu exactitate masa unui atom. Odată ce găsește masa unui atom, spune el, este simplu să o relaționăm cu masele altor atomi. Va avea multe de făcut, dar Müller plănuiește să lase procesul științific să se desfășoare pentru a-și testa ideile. „Acesta este un concept la care fizicienii nu s-au gândit niciodată”, spune el. „Această frecvență nu a fost măsurabilă până acum.”