Milli Standartlar və Texnologiya İnstitutunun (NIST) tədqiqatçıları sıxılmış alüminium ionundan istifadə edərək atom saatlarını təkmilləşdiriblər. Yeni nəsil optik atom saatlarının bir hissəsi olan cihaz 19 onluq yerlərinə qədər vaxtı ölçə bilir. Optik saatlar iki parametrə görə qiymətləndirilir: dəqiqlik (saatın “mükəmməl” vaxtı ölçməyə nə qədər yaxın olduğu, sistematik qeyri-müəyyənlik kimi də tanınır) və sabitlik (saatın statistik qeyri-müəyyənliklə əlaqəli vaxtı nə qədər səmərəli saxlaması). Yeni dəqiqlik rekordu alüminium ion saatının 20 illik davamlı təkmilləşdirilməsinin nəticəsidir.
Əvvəlki nailiyyətdən 41% yüksək olan rekord dəqiqliyə əlavə olaraq, Physical Review Letters jurnalında təsvir edilən yeni cihaz digər ion saatlarından 2,6 dəfə daha sabitdir. Bu səviyyəyə hər bir detalın – lazerdən tutmuş tələ və vakuum kamerasına qədər diqqətlə dəqiqləşdirilməsi sayəsində nail olunub.
“Dünyanın ən dəqiq saatı üzərində işləmək inanılmaz dərəcədə həyəcanvericidir. NIST-də fizikanı və dünya haqqında anlayışımızı inkişaf etdirən uzunmüddətli dəqiq ölçmə layihələrini həyata keçirmək imkanımız var” – Məqalənin ilk müəllifi NIST fiziki Mason Marshall deyib.
Alüminium ionu saat üçün ideal əsasdır, çünki o, son dərəcə sabit və yüksək “tikləmə” tezliyinə malikdir. Layihəyə rəhbərlik edən NIST fiziki David Hume görə, alüminium hazırkı ikinci standartın əsasını təşkil edən seziumdan daha yaxşı “sarkaç”dır və o, temperatur və maqnit sahələri kimi xarici şərtlərə daha az həssasdır.
Bununla belə, alüminium ionu kifayət qədər “utancaq”dır – atom saatının işləməsi üçün zəruri olan lazerlərlə sərinləmək və araşdırmaq çətindir, Marşall əlavə edir. Beləliklə, ona maqnezium ionu “kömək edir”. Maqnezium alüminium kimi mükəmməl deyil, lakin lazerlə idarə etmək daha asandır.
“Bu qoşalaşmış ionlar sistemi kvant məntiqi spektroskopiyası adlanır. Maqnezium ionu alüminium ionunu soyudur, onu ləngidir, həmçinin onunla sinxron hərəkət edir və saatın vəziyyətini maqnezium ionunun hərəkəti vasitəsilə oxumaq olar”, – layihə üzrə aspirant Willa Arthur-Dvorshak deyir.
Bu koordinasiya ilə belə, bir çox fiziki təsirləri nəzərə almaq lazım idi, aspirant Daniel Rodriguez Castillo vurğulayır: “Bu, mürəkkəb bir işdir, çünki saatın dizaynının hər bir hissəsi onun performansına təsir göstərir.”
Çətinliklərdən biri saatın dəqiqliyini azaldan mikro hərəkətlərə səbəb olan ion tələsinin dizaynı idi. Tələdəki elektrik balanssızlığı ionlara müdaxilə edən əlavə sahələr yaratdı. Tələni daha qalın almaz boşqabın üzərinə qoymaq və elektrodların qızıl örtüyünü dəyişdirməklə problem həll olunub.
Digər maneə vakuum kamerasının polad divarlarından ayrılan hidrogen idi – o, ionlarla toqquşaraq saatı pozdu. Kamera hidrogen səviyyəsini 150 dəfə azaltan titandan hazırlanmışdı – indi tələnin bir neçə gün ərzində yenidən qurulmasına ehtiyac yoxdur və hər yarım saatdan bir deyil.
Lakin əsas amil ion lazerinin sabitliyi idi. Saatın əvvəlki versiyası (2019) kvant dalğalanmalarını orta hesabla çıxarmaq üçün həftələr işləməyi tələb edirdi. Yeni saatın lazeri işığını 3,6 km-lik yeraltı fiber-optik xətt vasitəsilə tezlik daraqına göndərməklə dünyanın ən sabit lazerlərindən biri olan Birgə Laboratoriya Astrofizika İnstitutuna (JILA) köklənib. Bu, sistemin dayanıqlığını əhəmiyyətli dərəcədə artırdı: ionları indi tam saniyə ərzində (əvvəllər cəmi 150 millisaniyə) ölçmək olar. Bunun sayəsində 19 onluq yerlərinə ölçmək üçün lazım olan vaxt üç həftədən bir gün yarıma endirildi.
Yeni rekord beynəlxalq ictimaiyyəti yeni elmi və texnoloji imkanlar açacaq misli görünməmiş dəqiqliklə ikincini yenidən müəyyən etməyə yaxınlaşdırır. Təkmilləşdirmələr həmçinin saatı Yerin geodeziya ölçmələri və kvant tədqiqatları üçün güclü platforma halına gətirir, o cümlədən Standart Modeldən kənar fizikanın sınaqdan keçirilməsi – məsələn, təbiətin əsas sabitlərinin dəyişməsi ilə bağlı fərziyyə.
Nuranə Məmmədova
