Гибрид атомных часов и сверхточных весов

18.01.2013

Физики создали новый вид атомных часов на основе атома цезия, которые можно использовать не только в качестве хронометра и эталона времени, но и как сверхточные весы, что позволит в ближайшем будущем связать эталоны массы и времени, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

"Точность наших часов превышает семь частей на миллиард. Такая погрешность соответствует сдвигу на одну секунду за восемь лет, что примерно соответствует точности первых атомных часов на базе цезия, созданных 60 лет назад. (С другой стороны), эти часы, в комбинации с лучшими сферами Авогадро, помогут нам дать новое определение килограмма. Частота "тиков" в наших часах эквивалентна массе одного атома, а зная ее, мы можем вычислить массу всего образца", - заявил руководитель группы ученых Хольгер Мюллер (Holger Mueller) из университета Калифорнии в Беркли (США).

Как объясняют физики, атомы и электроны представляют собой не только микрочастицы, но и волны. Благодаря этому они обладают теми же свойствами, что и электромагнитные волны, в том числе частотой и амплитудой. Собственная частота колебаний атомов получила название комптоновской, в честь американского физика Артура Комптона, одного из ионеров квантовой механики.

По словам авторов статьи, трудности в измерении и наблюдении за подобными колебаниями делали их практическое использование в качестве "метронома" или часов невозможным. Группа Мюллера смогла преодолеть эти трудности, использовав широко известный "парадокс близнецов". Согласно этому парадоксу, время будет течь медленнее для объектов, путешествующих с достаточно высокой скоростью. Благодаря этому человек, совершивший путешествие к далекой звезде и вернувшийся обратно, будет моложе, чем его брат-близнец на Земле.

Авторы статьи приспособили этот феномен для измерения частоты колебаний атомов цезия. В их экспериментальных часах присутствует два атома-"близнеца". Один из них покоится, а второй - перемещается по емкости с высокой скоростью. Благодаря этому число колебаний, которые будут совершать оба атома за единицу времени, будет заметно различаться. За их поведением следит специальный прибор - атомный интерферометр, показания которого обрабатываются при помощи специального компьютерного алгоритма. Эта программа сравнивает картинки, которые возникают после столкновений лазерного луча и атомов цезия на датчиках интерферометра, и вычисляет комптоновскую частоту одного из них.

Так как эта частота постоянна и зависит лишь от массы частицы, то ее можно использовать в качестве основы для сверхточных часов. Первый прототип атомных часов Мюллера и его коллег не является рекордсменом по точности - он примерно в 100 миллионов раз уступает лучшим аналогам на основе других технологий. С другой стороны, подобные часы можно использовать и для совершенно иных целей, наиболее привлекательной и перспективной из которых выступает создание нового стандарта массы. Как объясняет Мюллер, измерив точное значение комптоновской частоты, можно измерить массу частицы, что позволит точно определить значение килограмма и связать его с секундой.

<< Назад: Пыле-, влагозащищенные объективы Canon Dust Donuts 18.01.2013

>> Вперед: Ручные рентгеновские сканеры 17.01.2013

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Плоская Вселенная не обязательно бесконечна 08.10.2026

Как устроено пространство Вселенной - один из фундаментальных вопросов современной космологии. На первый взгляд может показаться, что если пространство не имеет заметной кривизны, то оно должно простираться бесконечно во всех направлениях. Однако геометрия и топология пространства - не одно и то же, поэтому плоская Вселенная вовсе не обязана быть бесконечной. Новые результаты американских ученых позволяют увереннее говорить о геометрии космоса, но одновременно показывают, почему вопрос о его истинных размерах остается открытым. Ключом к определению геометрии Вселенной стал космический микроволновый фон (CMB) - излучение, сохранившееся с ранних этапов ее развития. Оно представляет собой своеобразный космический снимок очень молодой Вселенной, а распределение температуры в этом излучении содержит информацию о свойствах пространства, через которое свет распространялся на протяжении миллиардов лет. Анализируя характерные особенности CMB, исследователи могут проверять, соответствует ли н ...>>

Музыкальный плеер New Matter Sudo SP-01 08.10.2026

Смартфон давно объединил в одном корпусе практически все устройства, которые раньше человеку приходилось носить с собой по отдельности. Однако именно это удобство для некоторых пользователей стало недостатком: прослушивание музыки постоянно соседствует с уведомлениями, звонками и другими функциями телефона. Стартап New Matter решил обратиться к идее самостоятельного музыкального гаджета и представил портативный плеер Sudo SP-01, внешний вид которого явно отсылает к классическим iPod. Новинка получила компактный металлический корпус размером 103,5х58,6х8,5 мм. Внутри предусмотрено 64 ГБ встроенной памяти, а расширить ее можно с помощью карты microSD объемом до 1 ТБ. Таким образом, Sudo SP-01 рассчитан прежде всего на хранение крупной музыкальной коллекции непосредственно на устройстве, без необходимости постоянно обращаться к памяти смартфона или подключать внешние накопители. Одной из наиболее заметных деталей плеера стало фирменное колесо прокрутки. Оно напоминает легендарный Cl ...>>

Новая ткань одновременно охлаждает человека и получает энергию от движений 07.10.2026

Одежда обычно выполняет довольно простую задачу: защищает тело от окружающей среды и помогает поддерживать комфортную температуру. Однако современные материалы постепенно превращают привычные предметы гардероба в своеобразные носимые устройства, способные не только регулировать теплообмен, но и получать энергию непосредственно от человека. Исследователи из Университета Иллинойса разработали именно такой материал - напечатанную на 3D-принтере ткань, которая одновременно охлаждает тело и вырабатывает электричество во время движения. Новая технология создана в Инженерном колледже Грейнджера. Основой материала служит композит на базе оксида циркония, нанесенный на текстильную подложку. В состоянии покоя такая поверхность способна отражать до 96% солнечного излучения, благодаря чему одежда значительно меньше нагревается под воздействием солнечных лучей. Одновременно материал помогает отводить тепло, выделяемое самим человеком, за счет его излучения в инфракрасном диапазоне. Особенно и ...>>

Компактная колонка Marshall Bromley 150 07.10.2026

Портативная акустика давно перестала ограничиваться небольшими Bluetooth-колонками, предназначенными исключительно для прослушивания музыки со смартфона. Производители стремятся объединить мобильность, высокую мощность и дополнительные возможности, характерные скорее для концертного оборудования. Именно к такому классу устройств относится новая Marshall Bromley 150, которая сочетает относительно компактные размеры с круговым распространением звука, подсветкой и возможностью подключения микрофонов или музыкальных инструментов. Marshall позиционирует Bromley 150 как универсальную акустическую систему, подходящую как для домашнего использования, так и для мероприятий на открытом воздухе. При этом новинка стала самой компактной моделью в семействе Bromley. Ее масса составляет около 6,3 кг, поэтому колонку значительно проще переносить между помещениями или брать с собой на небольшие мероприятия. Полностью портативной в привычном понимании ее назвать все же нельзя, однако по мобильности о ...>>

Наши взмахи при ходьбе - не только координация 06.10.2026

Ходьба кажется настолько естественным и привычным движением, что мы практически не задумываемся о том, сколько сложных процессов происходит в организме при каждом шаге. Человек одновременно перемещает ноги, удерживает равновесие, стабилизирует корпус и координирует движения множества мышц. Одной из загадок долгое время оставалось поведение рук: почему во время ходьбы они практически автоматически движутся в противофазе с ногами? Голландские ученые впервые предложили физическое объяснение этому характерному движению. Ранее в научном сообществе не существовало единого мнения относительно механизма, заставляющего человека размахивать руками при ходьбе. Казалось бы, с точки зрения закона сохранения энергии организм должен стремиться минимизировать лишние движения, а значит, логичнее было бы держать верхние конечности неподвижными. Некоторые специалисты предполагали, что движения рук являются своеобразным наследием более древних форм передвижения, сохранившимся после того, как человек ...>>

Случайная новость из Архива Частицы темной материи могут быть сверхлегкими 15.03.2015 Темную материю, которая взаимодействует с веществом только гравитационно и оттого не видна, предложили для объяснения особенностей движения галактик. Однако найти частицу темной материи пока никому не удалось. Более того, непонятно даже, где искать. Большинство физиков считают, что это тяжелые частицы, и надеются найти их в экспериментах на мощных ускорителях. Однако ничто не мешает темным частицам быть легкими. Именно легкую частицу, массой в сотую долю массы электрона, предложил искать Джеймс Бэтман из Саутгемптонского университета вместе со своими коллегами. В коллайдере такую частицу не найдешь. Более того, весьма вероятно, что ее вообще не найти на Земле: из-за малой массы она не должна упасть внутрь нашей планеты - тепловое движение вещества атмосферы этому помешает. А значит, из таких частиц должен формироваться не сгусток внутри космического тела, о котором рассуждают некоторые исследователи, но внешнее облако, своеобразный верхний слой атмосферы. Для этого нужно, чтобы гравитация тела подавила кинетическую энергию частиц космического потока. (В том, что поток темных частиц сквозь Солнечную систему существует, вроде бы никто не сомневается.) В этом потоке и предлагается удить долгожданную добычу. Делать это можно на орбитальной установке, задуманной исследовательским консорциумом MAQRO (макроскопические квантовые резонаторы). Предполагается, что если облако легчайших наночастиц вещества окажется на пути потока легких темных частиц, то при соударении с ними наночастицы станут смещаться, а это можно измерить сверхточным прибором. Когда такой эксперимент будет поставлен, физики приблизятся к решению загадки темной материи, причем их устроит и положительный, и отрицательный результат. Если же темные частицы действительно окажутся сверхлегкими, встанет новый вопрос: на какой высоте расположено их облако и как оно меняется со временем?

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026