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2024-07-01 15:53:04
ストロンチウム原子の極低温ガスは、光格子と呼ばれる光の網の中に閉じ込められています。原子は超高真空環境に保持されており、空気やその他のガスはほとんど存在しません。この真空は、原子の繊細な量子状態を維持するのに役立ちます。この状態は壊れやすいものです。画像に表示されている赤い点は、原子トラップを作成するために使用されたレーザー光の反射です。クレジット: K. Palubicki/NIST
人類は完璧さを絶えず追い求め、科学者たちはこれまでに作られたどの時計よりも精密で正確な原子時計を開発しました。この新しい時計は、米国国立標準技術研究所 (NIST) とコロラド大学ボルダー校の共同機関である JILA の研究者によって作られました。
広大な宇宙空間での正確なナビゲーションや、 新しい粒子この時計は単なる時間計測を超えた最新のものです。精度が向上したこの次世代の時計は、地下に隠された鉱床を発見したり、次のような基本的な理論をテストしたりすることができます。 一般相対性理論 前例のない厳しさで。
のために 原子時計 建築家にとって、より良い時計を作ることは単なる仕事ではありません。宇宙の秘密を解明し、これからの世代の世界を形作る技術への道を切り開くことが仕事なのです。
世界中の科学界は、これらの次世代の理論に基づいて、国際時間の単位である秒を再定義することを検討している。 光原子時計現世代の原子時計は、原子にマイクロ波を照射して秒を測定します。この新しい波の時計は、原子にマイクロ波を照射して秒を測定します。 可視光線はるかに高い周波数を持ち、秒をより正確にカウントします。
現在のマイクロ波時計と比較すると、光時計は国際的な時間管理においてはるかに高い精度を実現できると期待されており、300億年に1秒しか遅れない可能性がある。
しかし、原子時計がこのような高精度で機能するには、非常に高い精度、つまり 1 秒の極めて小さな部分を測定できなければなりません。高精度と高精度の両方を実現することは、大きな意味を持つ可能性があります。
時間に閉じ込められて
新しいJILAクロックは、「光格子」と呼ばれる光の網を使用して、数万の光を捕捉して測定します。 個々の原子 同時に。このような大規模な集団を持つことで、精度の面で大きな利点が得られます。測定される原子の数が増えるほど、秒の正確な測定を行うためのデータが多くなります。
JILA の研究者たちは、新たな記録破りのパフォーマンスを達成するために、従来の光格子時計に比べて、より浅く、より穏やかなレーザー光の「ウェブ」を使用して原子を捕らえました。これにより、原子を捕らえるレーザー光の影響と、原子が密集しすぎて互いに衝突するという 2 つの主な誤差源が大幅に減少しました。
研究者らは、Physical Review Letters誌に掲載が承認された論文でその進歩について述べている。この研究は現在、 利用可能 arXiv プレプリントサーバーで。
最小スケールでの相対性理論の測定
「この時計は非常に精密なので、一般相対性理論などの理論で予測される微小な効果を、 顕微鏡的スケール「これは、時間計測の可能性の限界を押し広げるものだ」とNISTとJILAの物理学者ジュン・イェ氏は語った。
一般相対性理論は、空間と時間の歪みによって重力がどのように発生するかを説明するアインシュタインの理論です。一般相対性理論の重要な予測の 1 つは、時間自体が重力の影響を受けるということです。つまり、重力場が強くなるほど、時間の経過が遅くなります。
この新しい時計の設計により、サブミリメートルスケール、つまり人間の髪の毛一本の太さ程度で、時間計測に対する相対論的影響を検出できるようになります。研究者は、時計をそのわずかな距離だけ上げたり下げたりするだけで、重力の影響によって生じる時間の流れのわずかな変化を判別できます。
一般相対性理論の効果を微視的スケールで観察できるこの能力は、微視的量子領域と一般相対性理論によって記述される大規模現象との間のギャップを大きく埋めることができます。
宇宙と量子の進歩をナビゲート
原子時計の精度が上がると、宇宙での航行や探査もより正確になります。人類が太陽系のさらに奥深くまで進出するにつれ、時計は広大な距離にわたって正確な時間を保つ必要があります。時間管理のわずかな誤差でも航行誤差につながる可能性があり、航行距離が長くなるほど誤差は指数関数的に増大します。
「火星に宇宙船を正確に着陸させたいなら、現在のGPSよりも桁違いに正確な時計が必要になる」とイェ氏は言う。「この新しい時計は、それを可能にする大きな一歩だ」
原子を捕らえて制御するために使用されたのと同じ方法は、量子コンピューティングの分野でも画期的な進歩をもたらす可能性があります。量子コンピューターは、計算を実行するために個々の原子または分子の内部特性を正確に操作できる必要があります。微視的な量子システムの制御と測定の進歩により、この取り組みは大幅に前進しました。
量子力学と一般相対性理論が交差するミクロの領域に踏み込むことで、研究者たちは現実そのものの根本的な性質についての理解の新たなレベルへの扉を開きつつある。 時間 重力によって歪んだ宇宙の果てまで 暗黒物質 暗黒エネルギーが支配する中、この時計の卓越した精度は宇宙の最も深い謎のいくつかを解明することを約束します。
「私たちは計測科学の限界を探求しています」とイェ氏は言う。「このレベルの精度で物事を計測できるようになると、これまでは理論化することしかできなかった現象が見えてきます。」
詳しくは：
Alexander Aeppli他「8×10−19の系統的不確実性を持つ時計」arXiv（2024）。 DOI: 10.48550/arxiv.2403.10664
によって提供された
国立標準技術研究所
この記事はNISTの許可を得て再掲載されています。元の記事を読む ここ。
引用: 世界で最も正確で精密な原子時計が物理学の新たな境地を開く (2024 年 7 月 1 日) 2024 年 7 月 1 日に https://phys.org/news/2024-07-world-accurate-precise-atomic-clock.html から取得
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#世界で最も正確で精密な原子時計が物理学の新たな境地を開く