Als ‘s werelds meest nauwkeurige atoomklok sinds de oerknal zou tikken, zou hij slechts een divide seconde uit de pas lopen. Toch is zelfs deze absurde precisie voor natuurkundigen niet genoeg. Ze willen nóg betere klokken. Amerikaanse onderzoekers van technische universiteit MIT hebben daarom een nieuwe atoomklok ontworpen kick the bucket werkt met quantumverstrengelde atomen.
Atoomklokken zijn de meest nauwkeurige uurwerken pass on we hebben. Ze houden de tijd bij entryway met lasers de trillingen van atomen te meten. Atomen trillen met een extreem constante frequentie. Niets ter wereld – dat meetbaar is – ‘tikt’ zo stabiel en betrouwbaar.
Nauwkeuriger dan een tijdsmeting met atoomtrillingen wordt het dus niet. Maar de manier waarop kick the bucket atomen gemeten worden, blijkt wel nauwkeuriger te kunnen. Dat hebben MIT-onderzoekers nu aangetoond. Hun techniek zoekt de grenzen van de natuurkunde nog verder operation.
Wolk van atomen
De huidige atoomklokken meten met een laser de trillingen van een wolk afgekoelde atomen. Elke atoomsoort heeft zijn eigen vaste frequentie. Een cesiumatoom trilt met de accurate dezelfde frequentie als een ander cesiumatoom. Maar niets garandeert dat alle atomen in een gaswolk met elkaar in de pas lopen.
Idealiter zouden we daarom de quavering van één enkel atoom meten. Maar een enkel atoom meten is erg lastig en kan meetfouten opleveren. Daarom meten atoomklokken de gemiddelde trilfrequentie van een wolk met duizenden cesiumatomen. Hierdoor middelen de meetfouten uit.
‘Als je het aantal atomen verhoogt, gaat het gemiddelde van al deze atomen naar iets dat de juiste waarde geeft’, zegt Simone Colombo van MIT. Maar er zit altijd een onzekerheid in dat gemiddelde. En dat betekent dat de extreem nauwkeurige metingen van atoomklokken nóg beter kunnen.
Quantumverstrengeling
De onzekerheid operation het gemiddelde kan volgens MIT-onderzoekers omlaag entryway gebruik te maken van quantumverstrengeling. Hierbij gaan quantumdeeltjes – bijvoorbeeld atomen – een soort sterke band met elkaar aan, waardoor je ze niet meer los van elkaar kunt zien.
Neem twee denkbeeldige quantumdeeltjes pass on tegelijkertijd rood en groen zijn. Als deze twee ‘verstrengeld’ zijn, dan zijn hun kleuren gecorreleerd. Meet je bijvoorbeeld dat het ene deeltje rood is, dan weet je dat het andere operation dat second groen wordt.
Bij de atomen in een atoomklok kun je hun trillingsfrequenties verstrengelen. Hierdoor correleren de individuele trillingen met elkaar, waardoor ze gezamenlijk gaan trillen rond een gemeenschappelijke frequentie. Als je de atomentrillingen nu meet, zal de gemeten frequentie minder afwijken dan wanneer ze niet verstrengeld zijn, schrijven de onderzoekers. Daardoor is een verstrengelde atoomklok nauwkeuriger.
Verstrengelde atoomklok
De onderzoekers namen de proef operation de som entryway 350 ytterbiumatomen met elkaar te verstrengelen. Dat deden ze entryway een de atomen operation te sluiten in een kleine ruime met aan weerszijde spiegels. Tussen kick the bucket spiegels lieten ze een laserstraal pingpongen.
Het licht dient als een communicatieverbinding tussen atomen’, legt Chi Shu van MIT uit. ‘Het eerste atoom dat dit licht ziet, zal het licht enigszins wijzigen, en dat licht wijzigt ook het tweede atoom en het derde atoom. Uiteindelijk worden de atomen een collectief en gaan ze zich operation dezelfde manier gedragen.’
Vervolgens maten de onderzoekers de gemiddelde frequentie van de verstrengelde atomen met een andere laser. Ze herhaalden het examination zonder de atomen te verstrengelen. Het bleek dat de atoomklok met verstrengelde atomen vier keer sneller een gewenste precisie bereikte.
Als je ‘s werelds beste atoomklokken aanpast om verstrengelde atomen te meten, dan zouden ze volgens de onderzoekers flink nauwkeuriger zijn. Als ze sinds de oerknal zouden tikken, zouden deze klokken slechts 100 milliseconde afwijken.
Leave a Reply